PROIECT PENTRU EXAMENUL DE CERTIFICARE A

CALIFICĂRII PROFESIONALE

NIVEL 3

Specialitatea:

Tehnician în automatizări

Elev: Îndrumător

Clasa: a XII-a A Ing.

2015

2015

1

CUPRINS

ARGUMENT .................................................................................................................... 2 I. ELEMENTE DE AUTOMATIZARE A INSTALAȚIILOR ........................................... 4

1.1. COMPRESOARE ........................................................................................................................ 4 1.2. MOTOARE PNEUMATICE LINIARE ................................................................................................ 7 1.3. DISTRIBUITOARE .................................................................................................................... 11 1.4. SENZORI OPTICI ..................................................................................................................... 17 1.5. TEMPORIZATOARE .................................................................................................................. 20

II. EXEMPLU PRACTIC DE PROIECTARE - FLUIDSIM .............................................. 25

2.1. MEDIUL DE PROIECTARE ”FLUIDSIM” ...................................................................................... 25 3.2. EXEMPLU DE PROIECTARE ÎN „FLUIDSIM” – ............................................................................... 25

BIBLIOGRAFIE ............................................................................................................. 26

2

ARGUMENT Prin automatizarea proceselor de producţie, se elimimă intervenţia directă a omului

asupra acestora, omului revenindu-i în acest caz rolul de conducere generală.

Ansamblul de obiecte naturale care asigură conducerea unui proces tehnic sau de

altă natură, fără intervenţia directă a omului reprezintă un echipament (sau dispozitv) de

automatizare.

Procesul condus, supus automatizarii, impreună cu echipamentul de automatizare

(de conducere), care asigură desfăşurarea procesului după anumite legi, poartă

denumirea de sistem automat.

Rezultă deci, că un sistem reprezintă “o colectie” de obiecte fizice convenabil

aranjate şi cuplate funcţional.

În teoria sistemelor de reglare automată studiul obiectelor fizice şi al sistemelor, se

realizează făcând abstracţie de natura lor fizică şi ţinând seama numai de mărimile ce

caracterizează funţionarea lor şi de relaţiile existente între acestea.

Mărimile care nu depind de alte mărimi, sunt considerate ca “mărimi de intrare” , iar

mărimile dependente de acestea sunt considerate “mărimi de ieşire” .

În acest fel teoria sistemelor înlocuieste de fapt elementele si sistemele

reale(obiectele fizice) ,cu relaţii care imbracă diferite forme :

-ecuaţii şi sisteme de ecuaţii ;

-funcţii de transfer;

-mulţimi de perechi ordonate ale valorilor funţiilor vectoriale ale mărimilor de intrare

şi ieşire;

-scheme bloc, etc;

Instalațiile energetice includ variate tipuri de automatizari, pentru care se pot

desemna mai multe criterii de grupare.

A. Clasificarea dupa scopul urmarit:

1.automatizari de avarie, care urmaresc eliminarea defectelor si limitarea extinderii

avariilor;

2.automatizari tehnologice care urmaresc indeplinirea unor obiective de interes

tehnologic(ex. iluminatul de siguranta);

3.automatizari de regim, care asigura mentinerea unui anumit regim de functionare

prestabilit pe baza de analize tehnico-economice (ex. Regulator Automat de Tensiune,

Regulator Automat de Viteza);

B. Clasjficarea dupa gradul de implicare inconducerea procesului:

1.automatizare tip monitoring (supravegherea centralizata a productiei),

caracterizata de lipsa oricarei forme de prelucrare a informatiei primare.

2. automatizare tip data-logger (inregistrare centralizata cu prelucrare simpla a

informatiei din proces).In aceasta situatie sistemul stocheaza marimile rezultate prin

prelucrare din informatiile primare).

3. automatizare de tip calculator consultant al procesului (sistem "off-line").

4. automatizare cu calculator folosit ca element al buclei de reglaj (sistem "on-line").

5.automatizare folosind calculatorul ca ghid de conducere a procesului (sistern "on-

line, open-loop").

3

6. automatizare folosind calculatorul ca element de comanda in bucla de reglaj

(system "on-line, closed-loop").

C. Clasificarea dupa modul de structurare:

1.automatizari cu structura centralizata la care calculatorul/masina pe care se afla

rezidente resursele software ale sistemului de automatizare comanda integral actiunile

traductoarelor neinteligente plasate in instalatia tehnologica

2. automatizari cu structura descentralizata, care au in componenta dispozitive

electronice inteligente pentru fiecare element al instalatiei tehnologice, capabile sa

efectueze un volum apreciabil de prelucrare a informatiei primare si sa comunice

rezultatele catre nivele ierarhic superioare.

Actionari pneumatice

Actionarile pneumatice si-au gasit aplicatia in domenii ale tehnicii extrem de variate

pentru cele mai diferite scopuri. Acest fapt se datoreaza AVANTAJELOR prezentate de

aceste actionari :

Datorita vitezelor de lucru si de avans mari, precum si momentelor de inertie mici, durata operatiilor este mica.

Utilizand elemente logice sau convertoare electropneumatice se pot realiza instalatii cu functionare in ciclu automat, care ofera productivitate.

Posibilitatea amplasariielementelor pneumatice in orice pozitie este un avantaj important, simplificandu-se astfel proiectrarea masinilor si micsorand gabaridul acestora

Forta, momentul si veteza motoarelor pneumatice pot fi reglate usor , utilizand dispozitive simple

Supraincarcarea motoarelor pneumatice nu induce pericol de avarii Transmisiile pneumatice permit porniri, opriri dese, fara pericol de avarie. Aerul comprimat este relativ ușor de produs si de transportat prin retele, este

nepoluat si neinflamabil Pericolul de accidentare este redus Întreținerea instalațiilor pneumatice este ușoară daca se dispune de personal

calificat DEZAVANTAJE ca orice sistem acționările pneumatice prezinta si următoarele

dezavantaje :

Datorita limitării presiunii de lucru, forțele si momentele oferite de motoarele pneumatice sunt reduse

Compresibilitatea aerului nu permite reglarea precisa a parametrilor de funcționare Aerul nu poate fi complet purificat cu costuri rezonabile, fapt ce duce la uzura

eroziva si abraziva , precum si la coroziunea componentelor. In anumite condiții de mediu si funcționare, exista pericol de îngheț Randamentul transmisiilor pneumatice este scazut.

Acționările pneumatice sunt UTILIZATE :

In industriile cu pericol de incendiu, explozii : metalurgie, chimie, minerit, prelucrarea lemnului, termocentrale.

In industriile cu pericol de contaminare : alimentara, medicamente, tesaturi, electronica

In toate domeniile unde se pot realiza linii automate de productie, asamblare, ambalare, manipulare de mare productivitate.

4

I. ELEMENTE DE AUTOMATIZARE A INSTALAȚIILOR

1.1. Compresoare

Maşini pentru producerea aerului comprimat: sunt maşini care produc comprimarea

sau presarea aerului, transformand energia mecanică primită la arbore în energie de

presiune a aerului.

După principiul de funcţionare compresoarele se pot clasifica astfel:

1.2.1.1 Compresoare volumice (pneumostatice):

Funcţionarea lor se bazează pe principiul camerei de volum variabil: în faza de

aspiraţie, aerul este închis într-o cameră care îşi micşorează volumul şi care se deschide

în faza de refulare: aerul este evacuat având o presiune proporţională cu variaţia de volum

a camerei.

Compresoarele volumice pot fi:

- Cu piston:

- cu comprimare directă;

- cu comprimare prin membrană.

- Cu angrenaje:

- cu şurub;

- cu lobi (ROOTS).

- Cu palete.

Compresoarele cu piston cu comprimare directă:

Aceste compresoare pot avea o treaptă de comprimare figura1.1, în două trepte figura1.2

sau mai multe.

Fiecare treaptă poate avea unul sau mai mulţi cilindri.

La comprimarea în mai multe trepte, treapta următoare aspiră aerul comprimat în

treapta precedentă, în acest fel mărindu-se valoarea presiunii aerului comprimat furnizat

de compresor.

De exemplu, dacă un compresor cu o treaptă ridică presiunea aerului până la 4 bar,

unul cu două trepte o poate ridica până la 15 bar. Un compresor cu 3 sau mai multe trepte

ridică presiunea peste 15 bar.

În figura1.2 se poate observa că treapta a doua are un diametru al cilindrului mai

mic decât treapta întâia.

Fig. 1.1

Compresor cu piston cu

comprimare directa

5

Diametrul cilindrului de comprimare este unul din parametrii după care putem

identifica fiecare treaptă a unui compresor cu piston în practică.

Acest tip de compresor poate realiza valori de comprimare foarte înalte (până la

1000 bar), însă el are dezavantaje care îi limitează utilizarea tot mai mult: generează şocuri

de presiune în instalaţiile consumatoare, introduce ulei în aerul comprimat, este zgomotos,

iar datorită frecărilor în etanşări temperatura aerului comprimat este foarte ridicată.

Compresoare cu piston cu comprimare indirectă

Funcţionează pe acelaşi principiu, însă camera în care este aspirat aerul nu mai

este cilindrul, iar pistonul este separat complet de această cameră printr-o membrană

elastică. Acest compresor este utilizat în aplicaţiile în care trebuie evitată contaminarea

gazului comprimat cu ulei pierdut de sistemul de ungere al compresorului: industrie

chimică, aer comprimat pentru măsurări, uz medical, etc.

Datorită membranei, care are rezistenţa mecanică şi la oboseală limitate,

performanţele acestui compresor sunt mai scăzute.

Compresoare cu palete:

Sunt alcătuite dintr-o carcasă 1, un rotor cilindric 2 aşezat excentric faţă de carcasa

în care sunt dispuse iar în canale frezate pe generatoarele rotorului paletele 3 figura1.3.

Între suprafaţa rotorului, palete, carcasă şi capacele laterale se formează camere

de volum variabil (CVV) care în faza de aspiraţie închid etanş mase de aer şi, pe măsura

rotirii ansamblului mobil, aceste camere îşi micşorează volumul determinând creşterea

presiunii.

Când ating un volum minim ajung în dreptul racordului de refulare, iar aerul

comprimat este evacuat.

Paletele rotorului trebuie să asigure etanşarea laterală (cu capacele), frontală (cu

carcasa) şi faţă de rotor. Etanşarea frontală este asigurată prin apăsarea paletelor pe

carcasă datorită forţei centrifuge şi, la unele modele, datorită unor arcur i dispuse în

canalele practicate în rotor, iar uzura paletelor este compensată automat. Celelalte

etanşări sunt influenţate de precizia de execuţie şi, în timp, de uzura paletelor.

Fig 1.2

Compresor cu piston cu

doua trepte

Sistem de racire

intermediara

6

Paletele se execută în general din materiale antifrictiune şi care protejează carcasa

contra uzurii.

Înlocuirea paletelor, când s-a ajuns la un anumit grad de uzură, repune compresorul

în funcţiune. Maşina atinge performanţele maxime după un anumit timp de funcţionare,

necesar rodării paletelor.

- Compresoare cu angrenaje:

Caracteristic acestor compresoare figura1.4 este faptul că rotoarele profilate (lobi,

şuruburi) nu se află în contact direct, mişcarea lor fiind sincronizată prin angrenaje dispuse

pe capetele arborilor.

Datorită acestui fapt, uzura acestor maşini este practic nulă, însă randamentul lor

este mai slab (neexistând contact direct între elementele care materializează camera de

volum variabil, apar scurgeri dinspre racordul de refulare către cel de aspiraţie).

Din această categorie, compresoarele cu şurub se caracterizează printr-o

remarcabilă uniformitate a debitului, funcţionare silenţioasă şi robusteţe.

Turbocompresoare (pneumodinamice):

Funcţionarea se bazează pe mărirea vitezei de curgere a aerului, acesta fiind

“înghesuit” în orificiul de refulare al maşinii. Faţă de compresoarele volumice,

turbocompresoarele se caracterizează prin debite mari, fără oscilaţii de debit-presiune, dar

şi prin nivelul redus al presiunii aerului refulat.

Turbocompresoarele pot fi axiale sau radiale.

În figura 1.5 este prezentat un turbocompresor axial. Se poate observa că

accesul aerului aspirat se face paralel cu axul elicei aspiratoare. Ventilatorul de birou este

un exemplu de compresor axial, care însă refulează în atmosferă.

CVV

1 2 3

Fig.1.3

Compresor cu palete

Fig. 1.4

Compresor cu lobi Roots

7

În figura1.6 se poate observa un turbocompresor radial în trei trepte (are trei rotoare

dispuse în serie, pe axul maşinii). Aerul este aspirat de primul rotor, i se măreşte viteza şi

este refulat prin centrifugare, perpendicular pe axul maşinii (deci radial) către periferia

carcasei, fiind aspirat mai departe de al doilea rotor si avînd o presiune p1 mai mare ca

presiunea atmosferica patm. Fiind centrifugat de al doilea rotor, aerul va avea o presiune p2

mai mare decît p1 la intrarea in treapta a treia. Presiunea finala va fi p3 p2>p1>patm .

În figura 1.7 este prezentată diagrama domeniilor ocupate de fiecare tip de

compresor, în coordonate debit-presiune. Această diagramă este un instrument deosebit

de util in alegerea tipului de compresor necesar într-o aplicaţie practică, atunci cînd se

cunosc parametrii consumatorului.

Dacă intersecţia coordonatelor debit-presiune are loc într-un domeniu ocupat de

mai multe tipuri de compresoare, alegerea se face ţinând seama de alţi parametri:

posibilităţi şi cerinţe de întreţinere, sensibilitatea consumatorilor la şocuri de presiune,

fiabilitate, preţ, etc.

1.2. Motoare pneumatice liniare

Într-o instalaţie de acţionare pneumatică, elementul de acţionare propriu-zis este

cilindrul pneumatic. Cilindrii pneumatici, denumiţi şi elemente de execuţie, transformă

energia pneumatică în energie mecanică, pe care o furnizează apoi mecanismului acţionat.

Cilindrii pneumatici efectuează lucrul mecanic printr-o mişcare de translaţie, sau liniară, ei

numindu-se şi motoare liniare.

Există două tipuri de cilindri pneumatici: cu membrană şi cu piston.

1.2.1. Cilindri pneumatici cu piston:

Au aplicaţii foarte largi şi se construiesc într-o gamă tipodimensională extrem de

diversificată. Orientativ, prezentăm câteva din performanţele constructiv-funcţionale ale

cilindrului:

- Diametre: 6 – 320 mm;

- Curse: pânã la 4 m;

- Viteze: - cilindri de uz general: până la 1,5 m/s;

Fig.1.6 Turbocompresor radial in trei trepte

Fig. 1.5

Turbocompresor axial

8

- cilindri de uz special: până la 10 m/s;

- Forţe: pânã la 50000 N.

După tipul constructiv, se poate face o clasificare generala a cilindrilor :

Cilindri cu simplu efect: - cu revenire cu arc;

- cu revenire sub acţiunea unei forţe rezistente.

Cilindri cu dublu efect: - cu tijă unilaterală;

- cu tijă bilaterală.

Cilindri în tandem: - cu amplificare de forţă;

- având cursa în douã trepte.

După posibilitatea de frânare la cap de cursă:

Cilindri cu frânare la cap de cursă: - reglabilă;

- nereglabilă.

Cilindri fără frânare la cap de cursă.

12 345 26 78

Fig. 1.7 Sectiune printr-un cilindru cu simplu efect cu revenire cu arc

1-cămaşa (corpul) cilindrului; 2-capacele cilindrului; 3-tija, 4-resortul de revenire; 5-

pistonul; 6-etanşarea pistonului faţă de cămaşă; 7-etanşarea tijei cilindrului; 8-bucşă de

ghidare a tijei.

În fig.1.7 este prezentată o secţiune a unui cilindru cu simplu efect cu revenire cu

arc. În linii mari, această structură este aceeaşi pentru toţi cilindrii pneumatici de acest tip.

Dacă racordul A este alimentat cu aer comprimat la presiunea P, asupra pistonului

de suprafaţă S va acţiona o forţă F = P x S, care va determina deplasarea acestuia, deci

şi a tijei, spre dreapta. Viteza şi acceleraţia ansamblului mobil piston-tijă depind de

presiune, debit şi forţa care se opune mişcării tijei (forţa rezistentă).

Când racordul A este conectat la atmosferă, resortul 4 determină revenirea

pistonului în poziţia iniţială.

În figura 1.8 se poate vedea un cilindru cu dublu efect cu tijă unilaterală (normala),

fără frânare la cap de cursă, iar în fig. 1.9 un cilindru cu dublu efect cu tijă bilaterală.

Simbolul cilindrului cu simplu efect cu

revenire cu arc

9

Fig. 1.8 Fig. 1.9

Cilindru cu dublu efect cu tija Cilindru cu dublu efect cu tija bilaterala

Unilaterala fara franare la cap de cursa

Spre deosebire de cilindrul cu simplu efect, cilindrul cu dublu efect are două orificii

de alimentare şi nu mai are resortul de revenire. Revenirea pistonului în poziţia iniţială se

face conectând racordul A la atmosferă şi racordul B la alimentare.

După cum se ştie deja, forţa unui cilindru este dată de valoarea presiunii de

alimentare şi de suprafaţa pistonului.

Există numeroase situaţii când din diferite motive este necesar un cilindru care, la

un anumit diametru şi pentru o anumită presiune de alimentare trebuie să dezvolte o forţă

mai mare decât poate dezvolta un cilindru normal. Pentru astfel de situaţii se construiesc

cilindrii cu două pistoane (figura 1.10).

A B D

C

Fig.1.10 Cilindru cu doua pistoane

Se poate observa că acest cilindru are patru racorduri de alimentare: pentru cursa

de avans sunt alimentate racordurile A şi B, iar C şi D sunt conectate la atmosferă, iar pen-

tru retragere racordurile C şi D sunt alimentate, iar A şi B sunt ventilate. Faţă de un cilindru

obişnuit, acesta dezvoltă o forţă de aproape două ori mai mare.

Cilindrii montaţi în tandem (spate în spate) asigură efectuarea cursei în două trepte

(figura1.11). Conectând la P racordul B cilindrul se deplasează spre dreapta. Menţinând

racordul B sub presiune, alimentăm şi racordul C. În acest caz se va deplasa tija din

dreapta. Cursa de retragere se obţine alimentând racordurile A şi D .

În practică există multe cazuri când este necesară frânarea ansamblului mobil la

capăt de cursă, pentru a evita şocurile ce pot duce la avarierea cilindrilor sau a

mecanismelor puse în mişcare de aceştia.

A B

10

Fig.1.11

Cilindii montari in

tanden

În figura 1.12 este prezentat un cilindru cu dublu efect cu frânare reglabilă la ambele

capete de cursă. Se poate observa că pentru ambele curse, de avans şi de revenire, este

prevăzut un circuit suplimentar de evacuare a camerei inactive printr-o secţiune

droselizată.

Luăm ca exemplu cursa de avans: în momentul în care manşonul 1 ajunge în dreptul

etanşării 2, evacuarea camerei din dreapta nu se mai poate face prin spaţiul dintre tija şi

capac. Aerul este obligat să curgă prin orificiul a cărui secţiune este reglată de droselul 3.

Această secţiune fiind mult micşorată, debitul de aer evacuat este mai mic.

Rezultatul este apariţia unei contrapresiuni în zona capătului de cursă ce se opune

depla-sării pistonului spre dreapta, deci îl frânează.

În funcţie de reglajul efectuat asupra droselului se obţine un efect de frânare mai

redus sau mai puternic. Reglând în mod diferit cele două drosele, se obţin efecte de frânare

diferite pe capetele de cursă.

1.2.2. Cilindri cu membrană:

Cilindrii cu membrană, sau camerele cu membrană, prezintă o serie de avantaje

funcţionale în comparaţie cu cilindrii cu piston: absenţa unor forţe de frecare în timpul

mişcării şi în special la începutul acesteia, conferă camerelor cu membrană promptitudine

şi siguranţă mare în funcţionare.

La cilindrii cu piston este posibilă chiar lipirea garniturii de cămaşă în cazul unor

opriri îndelungate, mai ales dacă pistonul are diametru mic.

Construcţia cilindrului cu membrană este mai simplă decât a cilindrului cu piston,

nefiind necesară o etanşare mobilă. Durabilitatea membranelor este mare, ele putând

funcţiona peste un milion de cicluri.

Dezavantaje ale cilindrilor cu membrană:

- cursa redusă a tijei (până la 60 mm, aproximativ), impusă de elasticitatea

membranei;

- limitările presiunii de lucru, deci a forţei în tijă, datorită rezistentei membranei.

1 2 3

Fig. 1.12

Cilindru cu dublu efect cu franare reglabila la ambele capete de cursa

A B C D

Fig.1.29

Cilindii montari in

tanden

11

În fig. 1.13 este prezentat un cilindru cu membrană elastic:

1-capacul cilindrului;

2-camasa;

3-membrana;

4-resortul de revenire

5-tija;

Un alt tip de cameră cu membrană se poate vedea în figura 1.14: În corpul 1, având

o formă plată, se află practicată camera propriu-zisă. Membrana 2 acoperă această

cameră şi este fixată etanş de către flanşa 3. Elementul 4, ce poate fi asimilat tijei cilindrului

este fixat de membrană datorită formei constructive a acesteia.

1 2 34

Caracteristic acestui tip de cameră cu membrană este cursa foarte mică, de ordinul

milimetrilor. Ea este utilizată pentru a realiza operaţii de frânare, blocare, prindere, tip

menghină.

Pentru a evita deteriorarea membranei, a cărei deformare nu este limitată prin

construcţia ansamblului, este necesar ca alimentarea cu aer comprimat (deci închiderea

menghinei) să se facă numai când distanţa până la partea fixă sau la piesa ce trebuie

strânsă este cel mult egală cu cursa indicată de producător.

1.3. Distribuitoare

Sunt elemente pneumatice cu rolul de a dirija energia pneumatică pe anumite

circuite, în concordanţă cu comenzile pe care le primeşte.

Distribuitoarele sunt de neînlocuit, practic neexistând circuit pneumatic (sau

hidraulic) fără să aibă minim un distribuitor. Orice distribuitor se compune din două părţi

principale: partea de distribuţie şi partea de comandă.

Partea de distribuţie are rolul de a realiza conexiunile între racordurile distribuitorului

conform schemei de comutare la primirea unei comenzi.

Partea de comandă are rolul de a determina comutarea etajului de distribuţie

conform comenzilor date.

Fig.1.13

Cilindru cu membrana elastic

Fig.1.14 Camera cu membrana

P

21 3 4 5

Fig. 7

12

Etajul de distribuţie are în compunere o parte fixă, care este corpul distribuitorului şi

o parte mobilă, care este organul de distribuţie. După forma constructivă de bază a

organului de distribuţie avem următoarea schemă de clasificare:

Distribuitoare cu:

sertar rectiliniu - cilindric; sertar rotativ - plan;

- plan; - conic;

- cu supape

.

Fig.1.15a Fig.1.15b

Distribuitor cu sertar rectiliniu Distribuitor cu sertar rectiliniu

cilindric comutat in pozitia extrema dreapta cilindric comutat in pozitia extrema

stanga

1.3.1 Distribuitor cu sertar rectiliniu cilindric:

În figura 1.15a se poate vedea secţiunea simplificată printr-un distribuitor 5/2 bistabil

comandat direct, pneumatic.

1 - corpul distribuitorului;

2 - elementul mobil (sertarul), care, prin deplasare rectilinie realizează schema de

comutare din figură.

3 - capace.

Pe umerii sertarului, în canale special practicate se introduc garniturile de etanşare

ce asigură, în condiţiile mişcării sertarului faţă de corp, izolarea între orificiul de presiune

şi cele aflate la presiunea atmosferică.

În figura 1.15a se observă că sertarul a fost împins în poziţia extremă dreapta de

presiunea din racordul 12. În acest timp racordul 14 trebuie să fie ventilat (conectat la

atmosferă) pentru a nu apărea o forţă de presiune care să se opună deplasării sertarului.

Se poate constata că absenţa oricărui resort determină staţionarea sertarului pe

ultima poziţie atinsă, chiar şi după încetarea comenzii.

Racordul 1 este conectat la consumatorul 2, iar consumatorul 4 este conectat la

orificiul 5, deci la atmosferă.

Generarea unui impuls de presiune, în racordul 14, după ce racordul 12 a fost

ventilat, determină comutarea distribuitorului pe a doua poziţie, unde racordul 1 se

conectează la 4, iar 2 la 3.

1 2 345 14

1 2 3

1 2 345 1412

1 2 3

1 2 345 1412 1 2 345 1412

Fig. 1a Fig. 1b

13

1.3.2 Distribuitor rectiliniu cu sertar plan:

În figura 1.16a,b se poate vedea un distribuitor rectiliniu cu sertar plan 4/2 bistabil,

comandat electric, pilotat pneumatic, cu posibilitate de comandă manuală.

Fig.1.16a Fig.1.16b

Distribuitor rectiliniu cu sertar plan Distribuitor rectiliniu cu sertar plan

cu sertar comutat spre dreapta cu sertar comutat spre stanga

Etajul de distribuţie este format din: corpul 1, capacele 2, în care se află elementele

de comandă manuală 3, pilotul 4 şi sertarul plan 5.

Când orificiul de comanda 12 este alimentat (figura 1.16a), forta de presiune apasa

în capul pilotului 4, care este împins spre dreapta.

Deplasarea pilotului determină şi deplasarea sertarului plan 5, cele două elemente

fiind solidare pe direcţia axială.

Resortul 6 realizează o forţă de apăsare a sertarului pe suprafaţa plană a

distribuitorului, asigurând etanşarea între orificii şi compensarea automată a uzurii

sertarului.

Observaţie: pilotul şi corpul distribuitorului sunt realizate din aliaje de Al, iar sertarul

5 este din material plastic.

Deplasându-se spre dreapta, sertarul deconectează orificiul 1 de la orificiul

consumatorului 4 si îl conectează la orificiul consumatorului 2, după ce acest orificiu a fost

izolat faţă de orificiul de evacuare 3.

Alimentarea racordului 14 determină deplasarea spre stânga a ansamblului mobil

pilot-sertar realizând schema de comutare corespunzătoare celei de-a doua poziţii (figura

1.16b).

1.3.3. Distribuitor cu sertar rotativ plan

Distribuitorul este 4/3 cu centrul închis, cu reţinere pe poziţie, comandat manual cu

pârghie; acesta este alcătuit din corpul C şi sertarul rotativ plan S, solidar cu pârghie de

acţionare.(figura 1.17)

Este un distribuitor simplu şi robust. În corp sunt practicate orificiile 1, 2, 3 şi 4, iar

în sertarul plan sunt practicate frezări ce permit conectarea orificiilor conform schemei de

12 141

42 3

12 141

42 3

1

2

34

5,6

14

distribuţie specifică fiecărei poziţii ocupată de sertar. Acest element este întîlnit deseori

instalat în amonte de unitatea de preparare a aerului comprimat ataşată consumatorului.

1.3.4. Distribuitor cu sertar rotativ conic

În figura 1.18 este reprezentat un distribuitor cu sertar rotativ cilindric 2/2 cu

acţionare manuală.În corpul 1 este practicat un alezaj conic, în care se montează sertarul

rotativ 2, acţionat de pârghia 3.

Distribuitorul este reprezentat în poziţia deschis, când racordul P este legat la

consumator şi în poziţia închis, când cele 2 racorduri sunt izolate.

Este un distribuitor robust, simplu şi compact ce îşi găseşte largi utilizări în

pneumatică, instalaţii de alimentare cu gaze, etc.

1.3.5 Distribuitoare cu supape

La aceste distribuitoare realizarea schemelor de conectare se realizează prin

închiderea sau deschiderea unor orificii interne distribuitorului cu elemente de etanşare de

tip supapă.

1

2

3

Fig. 1.18 Distribuitor cu sertar rotativ cilindric 2/2 cu

actionare manuala

1

2

3

4

1

2

3

4

4 2

31

1

2

3

4

1

2

3

4

C S

Fig.1.17

Distribuitor cu sertar rotativ plan 4/3 cu

centru inchis cu retinere pe pozitie comnadat

manual cu parghie

15

În figura 1.19 este prezentat un distribuitor 3/2

normal închis acţionat mecanic, cu revenire cu arc

(monostabil).

În poziţia de repaus, racordul P este închis datorită

ciupercii de cauciuc 2, care sub efectul forţei de presiune

şi a resortului inferior se sprijină pe scaunul practicat în

corpul distribuitorului.

Apăsând plunjerul 1, într-o primă etapă se

comprima resortului superior, iar plunjerul apasă asupra

ciupercii şi izolează racordul A faţă de R.

În a doua etapă, (apăsarea plunjerului continuă)

resortul inferior este comprimat, supapa se deschide şi

racordul P este conectat la consumator, prin spaţiul

dintre plunjer şi alezajul din corpul distribuitorului.

Când apăsarea asupra plunjerului încetează, forţa

de presiune şi resortul inferior determină închiderea

supapei, (elementele mobile se deplasează în sus) iar

resortul superior determină conectarea racordului A la

atmosferă.

1.3.6 Distribuitor 3/2 normal închis acţionat mecanic cu rolă, pilotat

pneumatic:

Acest tip de distribuitor este larg utilizat ca element de semnalizare a capătului de

cursă a cilindrilor pneumatici (fig. 1.20a,b).

Când elementul mobil apasă prin intermediul rolei pârghia 1, aceasta apasă, la

rândul ei plunjerul pilotului 2, deschizând accesul aerului în camera sertarului 3.

Forţa de presiune determină coborârea acestui sertar, care se lipeşte de plunjerul

4, izolând orificiul A faţă de orificiul R. Apăsarea se menţine, iar plunjerul 4 coboară (arcul

5 este comprimat) şi permite accesul aerului de la orificiul P la orificiul A.

A

R P

A

RP

A

RP

3

4

5

1

2

6

Când pârghia 1 este eliberată, supapa 2 se închide, iar camera pilotului se

ventilează. Resortul 5 şi forţa de presiune din racordul A determină izolarea racordului P

faţă de A şi conectează orificiul A la atmosferă. Se bserva că prin rotirea capacului 6

distribuitorul poate fi transformat din normal închis în normal deschis (fig. 1.20b).

A

P

R 1

2

A

P

R

Fig.1.19

Distribuitor cu supapa

3/2 normal inchis actionat

mecanic cu revenire cu arc

Fig.1.20a Fig. 1.20b

Distribuitor 3/2 normal inchis actionat Distribuitor 3/2 normal deschis actionat

mecanic cu rola pilotat pneumatic mecanic cu rola pilotat pneumatic

16

Se întâlnesc adesea situaţii când este necesar ca distribuitorul acţionat mecanic cu

rolă să fie activat numai pe o cursă a cilindrului (avans sau revenire).

Pentru aceasta, rola montată pe pârghie este articulată faţă de aceasta (fig. 1.21).

De exemplu, la cursa de avans a cilindrului distribuitorul este acţionat, însă la cursa de

revenire rola “se culcă”, ieşind din câmpul de acţionare al elementului mobil (camă).

1.3.7 Distribuitor cu supape 5/2 monostabil, comandat pneumatic, cu

posibilitate de comandă manuală:

122 1 53 4

12 4 123 5

1234567

Fig. 1.22 a,b

a) distribuitor cu supape 5/2 monostabil necomandat

b) distribuitor cu supapa 5/2 monostabil comandat

Spre deosebire de distribuitoarele discutate până acum, unde etanşarea

elementelor mobile faţă de cele fixe se făcea prin garnituri, la distribuitoarele din figura

1.22 a, b etanşările se fac prin intermediul membranelor. Prezenţa membranelor asigură

reducerea forţelor de frecare şi a timpului de comutare, însă ele sunt mai pretenţioase în

exploatare. Membranele pot fi metalice sau din elastomeri

În figura 1.22 a distribuitorul este neacţionat; orificiul 1 este conectat la

consumatorul 2, iar consumatorul 4 este conectat la atmosfera. Se poate observa ca

orificiul 2 este izolat fata de atmosfera datorita membranei 5, care este presata pe scaunnul

ei de catre resortul 6.

Cind este alimentat orificiul 12, (figura 1.22b) forta de presiune ce apare pe

membrana 1 impinge sertarul 3 catre stinga, comprimind resortul 6. Elementul de etansare

Fig.1.21 Distribuitor actionat mecanic cu rola montata pe parghie articulata

17

4 se deplaseaza solidar cu sertarul si se sprijina pe scaunul din stinga, izolind orificiul 1

fata de consumatorul 2 si conectindu-l la consumatorul 4. In acelasi timp, membrana 2 este

lipita de scaun, izolind orificiul 5 fata de consumatorul 4.

Cind inceteaza alimentarea orificiului de comanda 12, resortul 6 readuce sertarul in

pozitia initiala, conexiunile fiind cele din figura 1.22 a.

Butonul 7 permite resetarea manuala a distribuitorului in cazul blocarii sertarului.

Elementul de comutare manuala, situat in partea dreapta a acestuia, nu este vizibil in

sectiune, el aflindu-se in alt plan.

În tabelul de mai jos se prezintă diferite tipuri de distribuitoare

1.4. Senzori optici

Senzorii optici de proximitate folosesc dispozitive optice şi electronice pentru

detecţia obiectelor.În acest scop este folosită lumina roşie sau infraroşie. Ca surse de

18

lumină roşie sau infraroşie sunt folosite LED-urile. Acestea au dimensiuni mici, au o durată

de viaţă mare şi pot fi uşor modulate.Fotodiodele şi fototranzistoarele pot fi folosite ca

receptoriFolosirea senzorilor optici cu lumină roşie are avantajul că aceasta se află în

spectrul vizibil.Cablurile realizate din fibre optice pot fi de asemenea folosite în zona

lungimii d eundă a luminii roşii datorită atenuării reduse a luminii.

Spectrul infraroşu care nu este vizibil este folosit în cazurile în care creşterea

performanţelor luminii roşii este necesară În afară de aceasta, lumina infraroşie este mai

puţin susceptibilă la la interferenţe cu lumina ambientală.

Cu ambele tipuri de senzori optici, presiunea adiţională cauzată de influenţa luminii

externe este realizată prin intermediul modulării semnalului optic.

Simbolul senzorului optic:

În funcţie de tipil de senzor, comutarea se produce astfel:

a) Metoda de comutare la lumină - Ieşirea este închisă când fascicolul luminos nu este perturbat de un obiect - contact normal deschis.În cazul unui senzor cu fascicol lumi- nos, receptorul de ieşire este comutat dacă nu există un obiect dreptul fascicolului.

b) Metoda de comutare la întuneric – Ieşirea este deschisă (nu comută) când fascicolul luminos nu este perturbat de un obiect - contact normal închis.În acest caz receptorul de ieşire comută dacă in în dreptul fascicolului luminos se află un obiect. Limitări în funcţionare

Un senzor optic de proximitate poate fi expus în timpul funcţionării la contaminare

cu praf, aşchii,lubrefianţi, ceea ce conduce la perturbări în funcţionare. O contaminare

puternică în fascicolul de lumină poate cauza o intrerupere a acestuia.aceasta poate

simula prezenţa unui obiect.În cazul unui senzor cu difuzie , contaminarea puternică a

sistemului de lentile poate fi evaluată ca prezenţă a unui obiect şi lumina emisă este

reflectată înapoi la receptor ca rezultat al contaminării lentilelor. Contaminarea obiectului

insuşi poate conduce la evaluarea absenţei obiectului dacă este reflectată mai puţină

lumină ca rezultat al contaminării.

Senzorii optici au limita sigură de operare β, respectiv raportul dintre puterea

semnalului optic de la intrare PR şi puterea semnalului optic detectabil la pragul de

comutare PT , β =T

R

P

P. Factorul β depinde de distanţa dintre emitor şi receptor în cazul

unui senzor cu fascicol luminos, de distanţa dintre emitor şi reflector în cazul unui senzor

retroreflexiv, sau de distanţa dintre senzorul de proximitate şi obiect în cazul unui senzor

de difuzie.

Principiul de funcţionare se bazează pe prelucrarea unui semnal electric care apare

ca urmare a intreruperii sau reflectării unui flux luminos produs de un dispozitiv electrolumi-

niscent de către un element de comutaţie.

19

Schema bloc este prezentată în figura 1.23.

Fig.1.23. 1Oscilator; 2Emitor fotoelectric; 3Receptor fotoelectric;4Preamplificator;

5Operator logic; 6 Convertor digital analog; 7Afişaj de stare; 8 Ieşire cu circuit de protecţie;

9 Sursă de alimentare externă; 10 Sursă de tensiune constantă internă; 11 Distanţa optică

de comutare; 12 Ieşirea de comutare.

Emiterul poate fi:

a) în cazul în care conexiunea se realizează fără fibră optică – GaAlAs infraroşu lungimea de undă 880nm( spectrul invizibil)

b) ) în cazul în care conexiunea se realizează cu fibră optică – GaAlAs infraroşu lungimea de undă 660nm( spectrul vizibil Receptorul poate fi un fototranzistor cu siliciu sau fotodiodă cu siliciu.

Senzorii de proximitate optici obişnuiţi au întotdeauna în construcţia lor elemente de

protecţie:

protecţie la inversarea polarităţii, protecţia ieşirii la scurtcircuit, protecţia la vârfuri de tensiune.

Funcţiile de comutare se clasifică astfel:

-Metoda de comutare la lumină – ieşirea comută, (se inchide) când în calea

fascicolului de lumină se află un obiect - contact normal deschis.

-Metoda de comutare la întuneric – ieşirea este deschisă (nu comută) când în calea

fascico- lului luminos se află un obiect - contact normal închis.

Construcţia unui senzor optic de proximitate

Un senzor optic de proximitate este alcătuit din două părţi principale:emitorul şi

receptorul.În funcţie de utilizare, sunt necesare reflectoare şi cabluri cu fibre optice.

Emiterul şi receptorul pot fi instalate într-o incintă comună în cazul senzorilor de

difuzie sau retroreflexivi sau în incinte separate ca în cazul senzorilor cu fascicol luminos.

În emiter se află sursa care emite lumină roşie sau infraroşie şi care conform legilor

opticii poate fi răspândit în linie dreaptă, poate fi deviată, focalizată, intreruptă, reflectată

sau direc- ţionată. Este acceptată de receptor, separată de lumina externă şi evaluată

electronic.

Senzorul de proximitate este prevăzut cu un scut interior separat de incintă.

Componentele electronice sunt încapsulate iar la ieşire se află un potenţiometru pentru

reglajul sensibilităţii. De obicei un senzor include şi un LED care semnalizează când ieşirea

comută.acest LED serveşta ca mijloc de semnalizare şi de reglare.

Funcţionarea senzorului optic

1 2 3 4 5 6 7 8

9

10

11

12

20

Dacă un corp C oarecare (de exemplu tija pistonului care se deplasează in corpul

unui cilindru este aşezat în dreptul razei de lumină emisă de LED, aceasta este reflectată

şi receptată de fotocelulă care se excită şi emite un semnal către etajul de sincronizare.

C

DF

CEC

F

D

Figura 1.24. Figura 1.25.

Acest etaj verifică dacă semnalul provine de la sursa proprie de lumină sau este un

semnal perturbator. Dacă semnalul este acceptat , el este amplificat şi devine semnal de

comandă pentru elemen tul de comutaţie.În figura 1.25 este prezentată o variantă de

senzor optic la care receptorul - foto celula- este un element separat , legat de emiţător

prin conductori electrici CE. În absenţa unui corp C între emiţător şi receptor, etajul de

comutaţie nu este activat. Dacă un corp intră în raza de acţiune a emiţătorului, raza de

lumină emisă nu mai este receptată de fotocelulă şi etajul de comutaţie este activat, deci

senzorul semnalizează prezenţa corpului.

O altă variantă a senzorului opto-electronic, unde emiţătorul şi receptorul sunt în

aceeaşi carcasă, este prezentată schematic în fig. 1.26.

În acest caz, raza de lumină este reflectată de o oglindă O plasată, de exemplu, de

cealaltă parte a tijei cilindrului a cărui mişcare trebuie semnalizată. Etajul de comutaţie este

activat atunci când la receptor nu mai ajunge raza de lumină emisă de dioda luminiscentă.

DFC

O

Fig.1.26

1.5. Temporizatoare

Sunt aparate electrice care realizează o temporizare controlată între momentul t0

când este iniţiată sau anulată o comandă şi momentul t1 când este executat ordinul de

efectuare sau de anulare a comenzii. Durata temporizării ( t1- t0) se obţine prin utilizarea

unor circuite electrice în care are loc încărcarea/descărcarea unui condensator electric.

În fig 2.27.a este prezentată schema electrică a releului de timp ce realizează

temporizarea încetării execuţiei unei comenzi (la declanşare). La momentul t0 se apasă

butonul S1 şi prin intermediul diodei D1 este alimentată bobina K1 a releului electromagnetic

care comandă închiderea căii de curent 1314. Simultan, se încarcă condensatorul C1

conectat în paralel la bornele bobinei.

21

L

L

14

13

K1

C1

R1

D1

S1

R2

R1

R2

C1

K1

a) b)

Fig 1.27 Funcţionarea releului de timp.

La momentul t1 se eliberează butonul S1 şi se întrerupe alimentarea circuitului de

temporizare. Condensatorul C1 începe să se descarce (fig 1.27.b) prin bobina K1 şi

rezistenţele R1 şi R2, tensiunea electrică la bornele sale scăzând exponenţial. Bobina îşi

menţine starea de activare după momentul t1 atât timp cât tensiunea la bornele sale

(identice cu cele ale condensatorului) nu scade sub valoarea pragului minim necesar

funcţionării (fig 1.28). Atingerea acestui prag minim la momentul t2 conduce la deschiderea

căii de curent 1314.

Deoarece timpul de descărcare al condensatorului prin circuitul indicat în fig 1.27.b

este direct proporţional cu produsul 211 RRC , temporizarea 12 tt=t poate fi reglată

prin varierea rezistenţei R1. Dimensionând corespunzător elementele din circuit se obţin

temporizatoare cu diferite caracteristici de funcţionare.

1

12

2

D1

R1

C1

Fig 1.28 Temporizarea releului. Fig 1.29 Analogie pneumatic/electric.

Din prezentarea funcţionării releului de timp se poate face o analogie între

elementele pneumatice şi cele electrice (fig 1.29):

- dioda D1 funcţionează ca o supapă de sens;

- rezistenţa R1 reglabilă este similară unui drosel reglabil;

- condensatorul electric C1 are aceeaşi funcţie ca rezervorul temporizatorului

pneumatic; el stochează energie;

- întrerupătorul ND comandat de K1 este similar distribuitorului 3 2 NÎ.

În cazul releului de timp cu temporizare la execuţia comenzii (la anclanşare) –

fig1.30, dioda D1 este conectată invers în schemă, astfel că, la apăsarea butonului S1

alimentarea condensatorului C1 şi a bobinei K1 se face lent, prin rezistenţa reglabilă R1.

Când S1 este eliberat, condensatorul se descarcă rapid prin dioda D1 şi bobina neactivată

22

deschide linia de curent 1314. În fig1.31 se poate observa schema de temporizare

pneumatică, similară.

1

12

2

D1

R1

C1

L

L

14

13

K1

C1

R1

D1

S1

R2

Fig 1.30 Analogie pneumatic/electric. Fig 1.31 Temporizare la anclanşare

Sunt aparate a căror funcţie este realizarea unei temporizări în cadrul ciclului de

funcţionare al unei instalaţii.

Temporizarea se poate face în mai multe moduri:

1 - Temporizare între momentul t0 al iniţierii comenzii până în momentul t1 al

execuţiei acestei comenzi.

În figura 1.32 este prezentat schematic, iar în fig. 1.33 este arătat în secţiune un

temporizator de acest tip, compus din următoarele elemente: droselul de cale 1 rezervorul

2 şi distribuitorul 3/2 monostabil (normal închis sau normal deschis) 3.

Modul de funcţionare: Racordul P este alimentat. În momentul t0 când racordul 12

este alimentat, prin droselul 1 începe umplerea lentă a rezervorului 2.

P

12

A

R

1

2 3

12

3

P

A

R

Fig. 1.32 Simbol temporizator Fig. 1.33 Sectiune prin temporizator

Când în rezervor este atinsă presiunea minimă necesară comutării distribuitorului

3, la momentul t1, acesta comută şi conectează orificiu P la A, după ce orificiul A a fost

izolat faţă de R, generând o comandă în instalaţie. În momentul în care dispare semnalul

de comandă, la t2, din racordul 12, rezervorul se goleşte rapid prin supapa de sens şi

distribuitorul comută rapid în poziţia iniţială.

În figura 1.34 este prezentată diagrama de comutare a temporizatorului suprapusă

cu diagrama variaţiei presiunii în rezervorul 2. Reglarea duratei de temporizare se face din

23

droselul 1, iar mărirea plajei de reglare a temporizatorului se poate face mărind capacitatea

rezervorului.

2 - Temporizare între momentul t1 când comanda a fost anulată şi momentul t2 când

temporizatorul generează în sistem semnalul de anulare a comenzii, deci de încetare a

execuţiei acestei comenzi.

În fig. 1.35 este prezentat schematic temporizatorul de acest tip, iar în fig. 1.36

diagramele de comutare şi de variaţie a presiunii în rezervorul 2.

Pretea

PC

1

1

0

0

e

a

t0

t1

t

Fig. 1.34 Diagtama de comutare a temporizatorului si diagrama de variatie a

presiunii in rezervor

P

12

A

PC

1

10

0

e

a

t1

t

Pretea

t1

t0

t

Fig. 1.35

Simbol de temporizare intre

momentul t1 si t2

Fig. 1.36

Diagrama de comutare a

temporizatorului si diagrama de variatie a

presiunii in rezervor

Se observă că diferenţa între cele două temporizatoare constă în modul de

conectare a supapei de sens.

3 - Temporizare atât de la momentul t0 al iniţierii comenzii până la momentul t1 al

execuţiei ei, cât şi temporizarea de la momentul t2 al încetării comenzii până la momentul

t3 când se produce efectul încetării comenzii (fig. 1.37).

În fig. 1.38 este prezentat schematic acest temporizator. Se observă că respectiva

schemă de temporizator se obţine conectând în serie două drosele de cale, cu supapele

în opoziţie.

24

Reglarea diferită a celor două drosele permite obţinerea unor durate de temperatură

diferite, adică t1 – t0 t3 – t2.

PC

1

1

0

0

e

a

Pretea

t2

tt3t

0

tt1

P

12

A

Fig. 1.37

Diagrama de comutare a

temporizatorului si de variatie a presiunii in

rezervor

Fig.1.38

Simbol de temporizator de la t0 la t1

25

II. EXEMPLU PRACTIC DE PROIECTARE - FLUIDSIM

2.1. mediul de proiectare ”FLUIDSIM”

3.2. Exemplu de proiectare în „Fluidsim” –

26

BIBLIOGRAFIE

1. Frandoş S — Mecatronică, Editura Economica

2. Robert M , Frăţiloiu Gh

— Ed .Electrotehnică şi electronică aplicată, Preuniversitaria, Bucureşti, 2006

3. Mareş F si colectiv — Elemente de comandă şi control, Editura Negro, Galaţi, 2001

4. Călin S — Aparate şi echipamente de automatizare,Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,1996

5. Trifu A — Electronică digitală, Editura Economică Preuniversitară, Bucureşti, 2000