Cenni di automatismo industrialeCenni di automatismo industriale

1.1. Pneumatica - ElettropneumaticaPneumatica - Elettropneumatica

2.2. Attuatori: cilindri pneumaticiAttuatori: cilindri pneumatici

3.3. SensoriSensori

4.4. Sistemi di comando: valvoleSistemi di comando: valvole

5.5. Simulazione banco pneumaticoSimulazione banco pneumatico

6.6. Diagramma di fase - cicloDiagramma di fase - ciclo

7.7. Schemi elettrici Schemi elettrici -Argomenti tratti da: Tecnica Professionale vol. 2 (volume in uso classe V° TIM/TSE)

Materiale trovato su internet

INTRODUZIONE INTRODUZIONE ALL’ELETTROPNEUMATICAALL’ELETTROPNEUMATICA

Generalmente con il termine “automatico” si intende Generalmente con il termine “automatico” si intende qualunque operazione che viene eseguita senza qualunque operazione che viene eseguita senza l’intervento manuale dell’uomo a seguito di un comando.l’intervento manuale dell’uomo a seguito di un comando.

Per raggiungere questo risultato è necessario introdurre Per raggiungere questo risultato è necessario introdurre un sistema capace di mettere a disposizione “l’energia un sistema capace di mettere a disposizione “l’energia necessaria al compimento” dell’azione.necessaria al compimento” dell’azione.

Fra i vari metodi studiati per ottenere un automatismo Fra i vari metodi studiati per ottenere un automatismo nell’ambito della produzione industriale quelli più usati nell’ambito della produzione industriale quelli più usati sono la sono la pneumaticapneumatica e l’ e l’elettropneumaticaelettropneumatica

Pg. 462-463

PNEUMATICAPNEUMATICA

Nella pneumatica ed elettropneumatica Nella pneumatica ed elettropneumatica

l’energia impiegata è quella di PRESSIONE l’energia impiegata è quella di PRESSIONE

presente nell’presente nell’aria compressaaria compressa

Se per mezzo di un compressore si comprime una certa Se per mezzo di un compressore si comprime una certa

quantità d’aria, questa alla fine del processo per il quantità d’aria, questa alla fine del processo per il

principio di conservazione dell’energia, si troverà

arricchita di una quantità di energia (PRESSIONE) pari al

lavoro meccanico speso.

Schema a blocchi di un sistema automaticoSchema a blocchi di un sistema automatico

UNITA’ DI ELABORAZIONE E/O DI COMANDO

COMANDO / ATTUATORE

SENSORI

UNITA’ DI ATTUAZIONE O DI LAVORO

Blocco di comando Blocco di potenza

Controllo ad anello chiuso

Schema a blocchi di un sistema automatico ad Schema a blocchi di un sistema automatico ad anello apertoanello aperto

UNITA’ DI ELABORAZIONE E/O DI COMANDO

COMANDO / ATTUATORE

UNITA’ DI ATTUAZIONE O DI LAVORO

Blocco di comando Blocco di potenza

Definizione dei vari Blocchi Definizione dei vari Blocchi

SENSORI: componenti che determinano lo stato fisico del sistema convertendolo in segnali elettrici

COMANDO : sistema che serve a prendere le opportune decisioni

CONTROLLO: sistema che serve ad elaborare la logica di comando

ATTUATORI: sistema che serve ad eseguire le decisioni prese dal sistema di comando

Sistema pneumaticoSistema pneumatico: quando sia il blocco di comando che di controllo sono realizzati con tecnologia pneumatica

Sistema elettropneumaticoSistema elettropneumatico: quando il blocco di:- comando è realizzato con tecnologia pneumatica

- controllo è realizzato con tecnologia elettronica

SENSORI e/o trasduttoriSENSORI e/o trasduttoriTermine generico impiegato per indicare tutti gli elementi in

grado di fornire informazioni (che possono essere anche

semplici impulsi elettrici) a strumenti di misura, centraline

elettroniche ecc.

In pratica i sensori trasformano in segnali elettrici quelli di tipo

meccanico, ottico, termico, di posizione, ecc.

CLASSIFICAZIONE DEI SENSORICLASSIFICAZIONE DEI SENSORI

-Grandezza di ingresso: -Meccanici (di spostamento, di velocità, si accellerazione, ecc…)

-Temperatura

-Livello ecc…

Pg. 486-487

A seconda del segnale fornito in uscita i sensori si dividono in -Analogici (segnale elettrico ha una variazione continua)

-Digitali (segnali sono discreti e assumono solo due valori alto – basso)

SENSORI MECCANICI DI POSIZIONE Fine corsa pneumatici: questo tipo di sensori determinano se è

stata raggiunta una determinata posizione per cui il dispositivo azionato (leva, rullo, ecc…) determina la commutazione della valvola (sistema di comando)

Elettromeccanici: questi dispositivi hanno un funzionamento simile a quello già definito nel caso precedente solo che in questo caso il dispositivo di azionamento eccita o diseccita un relè

Sensori induttivi: funzionano come rilevatori di prossimità, mediante lo sfruttamento delle variazioni di campi elettromagnetici.

Sensori ottici: funzionano come rivelatori di presenza, sfruttando ad esempio il principio di una cellula fotoelettrica

Sensori capacitivi: sfruttano la capacità che si crea tra essi e il corpo da rilevare.

SENSORI MECCANICI DI POSIZIONE

Sensori magnetici: : rilevano la posizione del pistone nei cilindri con rilevano la posizione del pistone nei cilindri con l’ausilio di un anello magnetico, che in prossimità del contatto REED ne l’ausilio di un anello magnetico, che in prossimità del contatto REED ne provoca la chiusura o, quando se ne allontana l’apertura vedi Fig.1. provoca la chiusura o, quando se ne allontana l’apertura vedi Fig.1.

Contatto aperto Contatto chiuso

Un relè è sostanzialmente un interruttore, cioè un dispositivo in grado di aprire e chiudere un

circuito. A differenza dell'interruttore però, il relè non viene

azionato a mano, ma da un elettromagnete, costituito da una bobina di filo avvolto intorno ad

un nucleo di materiale magnetico. Quando passa corrente nella bobina di filo, si crea un

campo magnetico che attira l'ancoretta secondo la freccia rossa verticale; l'ancoretta ruota e spinge il

contatto centrale C verso destra, secondo la freccia orizzontale.

In questo modo, il collegamento tra il contatto centrale e quello di sinistra (nc) si apre, mentre si

chiude il collegamento tra il contatto centrale e quello di destra (na).

Il contatto di sinistra viene definito nc, cioè normalmente chiuso, perchè è tale quando il relè è

a riposo. Allo stesso modo l'altro contatto, aperto quando il

relè non è eccitato, viene definito na, cioè normalmente aperto.

RELE’

ATTUATORI: CILINDRI PNEUMATICICilindro pneumatico ad aria compressaCilindro pneumatico ad aria compressa: :

dispositivo capace di esercitare una forza in dispositivo capace di esercitare una forza in una determinata direzione che provoca uno una determinata direzione che provoca uno spostamento.spostamento.

CILINDRI PNEUMATICI

Semplice effetto Doppio effettoDoppio effetto

CILINDRI A SEMPLICE EFFETTO

Per questo tipo di attuatore l’aria compressa può agire solo su una faccia del pistone. Solitamente, La pressione agisce dalla parte della camera positiva.

CILINDRI A DOPPIO EFFETTO

Per questo tipo l’aria compressa può agire in entrambe le camere. In tal modo l’aria compressa provoca lo spostamento dello stelo del pistone in entrambe i sensi di marcia senza l’ausilio di altri mezzi meccanici

LAVORO

A B

Fa Fb

Fa = Pa * S

Fb = Pb * SFtot = Fa-Fb = (Pa-Pb) * S

Pa = pressione dell’aria compressa nella camera positivaPb = pressione dell’aria compressa nella camera negativaS = sezione del pistone

LAVORO

Pa diminuisce

Pb aumenta

Ipotesi Fa > FbTrasformazione Adiabatica In questo caso non la Trasformazione avviene senzaScambio di calore con l’esterno

Movimento

Per effetto di questa condizione fisica a un certo punto si avràUna condizione di equilibrio per cui Ftot = 0

L = F * XL = F * XL = Lavoro eseguito

F = Forza sviluppata

X = Spostamento provocato

a bXPosizione Iniziale Posizione Finale

Valvole ElettropneumaticheValvole Elettropneumatiche

Sono dispositivi di comando atti a pilotare Sono dispositivi di comando atti a pilotare attuatori in modo che questi abbiano la attuatori in modo che questi abbiano la possibilità di compiere lavoro.possibilità di compiere lavoro.

Questi dispositivi hanno la capacità di Questi dispositivi hanno la capacità di

““distribuire”, “regolare” e “intercettare” il flusso distribuire”, “regolare” e “intercettare” il flusso dell’aria compressa in ingresso e in uscita dai dell’aria compressa in ingresso e in uscita dai cilindri.cilindri.

Struttura di una valvola distributriceStruttura di una valvola distributricecorpoOrgano mobile Condotto di collegamento

con l’utilizzatore

Condotto di alimentazionearia compressa

Condotto di scaricoaria compressa

L’azionamento dell’organo mobile della valvola può essere manuale, automatico meccanico, pneumatico, elettrico

Simbologia secondo le norme ISO 1219Simbologia secondo le norme ISO 1219

1. Ogni valvola direzionale è costituita da un numero di quadrati corrispondente al numero delle diverse commutazioni che la valvola può subire.

2. Lungo il perimetro di ogni quadrato, in alto e in basso, si segnano i punti di collegamento con il circuito pneumatico esterno.

3. All'interno di ciascun quadrato, sono indicati per mezzo di frecce orientate (nel senso del percorso dell'aria compressa), i collegamenti tra le diverse vie realizzati dalla valvola in quella posizione.

4. Il punto che impedisce il passaggio dell'aria compressa è indicato con un trattino orizzontale

Simbologia secondo le norme ISO 1219Simbologia secondo le norme ISO 12195. Ogni valvola può assumere una posizione di riposo: essa corrisponde

alla posizione che la valvola assume in assenza di comando e con aria compressa presente nell'impianto. Nelle valvole a due posizioni, la posizione di riposo è quella del quadrato di destra; in quelle a tre posizioni, invece, la posizione di riposo è quella centrale. • Se nella posizione di riposo, l'alimentazione è bloccata, la valvola si

dice normalmente chiusa (N.C.), • se invece si ha il collegamento di un utilizzatore con l'alimentazione,

allora la valvola si dice normalmente aperta (N.A.).

6. La rappresentazione di una valvola viene sempre effettuata nella posizione di riposo

7. Le vie di una valvola sono contrassegnate da numeri secondo il seguente criterio:• il numero 1 è riservato all'alimentazione • i numeri dispari (3,5, ecc.) sono riservati agli scarichi • i numeri pari (2,4, ecc.) sono riservati alle vie che portano l'aria

compressa agli utilizzatori.

Simbologia secondo le norme ISO 1219Simbologia secondo le norme ISO 12198. Ogni valvola è caratterizzata da una sigla di identificazione composta

da due numeri separati da una barra: il numero a sinistra indica il numero delle vie caratterizzanti la valvola, il numero a destra indica il numero delle posizioni che la valvola può assumere.

9. Generalmente:• l'alimentazione della pressione viene indicata con un cerchio con

un puntino al centro• lo scarico dell'aria in atmosfera con un triangolino.

Simbologia secondo le norme ISO 1219Simbologia secondo le norme ISO 121910.Ogni tipo di azionamento è caratterizzato da un particolare simbolo

grafico, che viene posto all'esterno del quadrato corrispondente alla posizione comandata dallo stesso azionamento. Diamo, per esempio, alcuni simboli.

Manuale Manualea

pulsante

A pedale Meccanicoa

molla

Meccanicoa

rullo

Elettricocon

bobina

Pneumatico

Esempio: Esempio: Valvola 4/2 NA

La rappresentazione schematica della valvola in figura dice che: la valvola è:• a quattro vie (1,2,3,4) • a due posizioni (denotate dai due quadrati)• può essere movimentata da due azionamenti,

uno manuale a pulsante (simbolo a sinistra) uno automatico a molla (simbolo a destra);

• nella posizione di riposo (quadrato a destra), l'alimentazione (1) è collegata con l'utilizzatore (2), mentre l'utilizzatore (4) è collegato con lo scarico in atmosfera (3); la valvola può assumere ancora un'altra posizione (quadrato a sinistra) in cui l'alimentazione (1) è collegata con l'utilizzatore (4) e l'utilizzatore (2) è collegato con lo scarico in atmosfera (3) .

Stabilità delle valvoleStabilità delle valvole DEFINIZIONE: una posizione si dice stabile quando permane

indefinitamente nel tempo senza che ci sia bisogno di nessuna azione di

comando

In tal senso, le valvole si dividono in due classi

sono quelle che hanno una sola posizione stabile nella quale permangono indefinitamente in assenza di un segnale di comando. Quando il dispositivo di azionamento entra in funzione, si modifica la posizione della valvola, ma quando la sua azione finisce, il sistema ritorna nella posizione di stabilità

monostabili

sono quelle che hanno due posizioni stabili, in cui permangono indefinitamente in assenza di segnale di comando. Queste valvole sono caratterizzate da due dispositivi di azionamento: uno per ogni posizione stabile; a differenza dell'altro tipo, quando si disattiva il dispositivo di azionamento, la valvola rimane nella nuova posizione

bistabili

Simulazione di un banco per esercitazioni di elettropneumatica. Sistema composto da:3 cilindri pneumatici a doppio effetto (A, B e C) pilotati ognuno da un distributore 5/2 monostabile. Il comando dei distributori è di tipo elettrico, ognuno di essi è fornito di solenoide positivo (A+, B+ e C+), il ritorno è di tipo meccanico a molla. Tutti i cilindri sono equipaggiati con finecorsa negativi (a0, b0 e c0) e positivi (a1, b1 e c1). Finecorsa dei cilindri e solenoidi dei distributori sono dotati di led di segnalazione dello stato. L’accensione del led indica l’eccitazione del finecorsa o l’attivazione del solenoide. I distributori sono forniti di pulsante di comando manuale.

Principio di Funzionamento

1. POSIZIONE STABILE: In posizione di equilibrio la camera negativa è in

pressione per cui Il pistone è nella posizione di fine corsa negativo

1

3 5

42

Principio di Funzionamento

2. ATTIVO il solenoide A+ : questo fa commutare la valvola di distribuzione e

l'aria compressa può affluire nella camera positiva del cilindro e fuoriuscire da

quella negativa. Il pistone si muoverà compiendo la corsa positiva, raggiungerà

il finecorsa positivo.

1

3 5

42

Corsa positiva

Principio di FunzionamentoLa disattivazione del solenoide permette alla molla di riportare la valvola

nella posizione stabile.

L'aria compressa può affluire, questa volta, nella camera negativa e

fuoriuscire da quella positiva. Il pistone si muoverà, abbandonando il

finecorsa positivo; quindi, compiendo la corsa negativa, raggiungerà il

finecorsa negativo.

Appena eccitato il solenoide, il distributore commuta e, essendo

monostabile, permane in quella posizione, finché il solenoide rimane

alimentato. Togliendo l'alimentazione, il distributore si riporta nella

posizione originaria.

Nota: Il pulsante di comando al lato di ogni distributore ne consente la

commutazione manuale e risulta perciò utile in fase di messa a punto del

programma.

Nota: Solitamente un cilindro si identifica con una lettera A (B o C, ecc.)

Definizione: ciclo di A la successione dei due movimenti del suo stelo, cioè l'insieme delle sue due corse.

- (A - (A +) la sua corsa positiva (stelo in uscita dal +) la sua corsa positiva (stelo in uscita dal corpo del cilindro) corpo del cilindro)

- - (A-) (A-) la sua corsa negativa (stelo in rientro nel la sua corsa negativa (stelo in rientro nel corpo del cilindro). corpo del cilindro).

Ciclo e Fase

Definizione: Fase del ciclo di un cilindro Periodo di tempo entro cui avviene l’intero movimento del pistone

Ciclo e Fase: diagramma delle fasi

DIAGRAMMA DELLE FASI- Tratto “ab” rappresenta il cilindro fermo

- Tratto “bc” corsa positiva A+

- Tratto “cd” corsa negativa A-

Esempio_1: diagramma a 2 fasi di 2 cilindri

A+ B+ / A- B-

Esempio_2: diagramma a 3 fasi di 2 cilindri

A+ / B+ / A- B-

Esempio: sistema pneumaticoEsempio: sistema pneumatico

Esempio: sistema elettropneumaticoEsempio: sistema elettropneumatico

Simboli elettriciSimboli elettrici

PULSANTE MANUALE

Bobina applicata all’elettrovalvola

FINE CORSA

OFF ON

Schema elettrico esempio: A+Schema elettrico esempio: A+

A+

+24V

0V

A0

1

4 2

5

1

3

A+ A-

A0 A1

Pulsante manuale

Finecorsa A0: in questo caso viene rappresentato come un contatto chiuso, perché è impegnato (schiacciato) dallo stelo del cilindro

Bobina di andata A+

SHEMA ELETTRICORappresentazione grafica

dello stato del sistema

ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONE

A+A+Una volta chiuso il pulsante manuale si chiude il circuito elettrico e passa la corrente. Se questa trova il finecorsa A0 chiuso (schiacciato dallo stelo del cilindro) attiva la bobina A+ che scambia la valvola 5/2 provocando la fuoriuscita del pistone, cioè il moto A+

A+

4 2

5

1

3

A+ A-

v=1.07

+24V

0V

A0

A0 A1

A1

A-

1 2

Questo numero indica la linea di circuito ( o di programmazione)

A-A-

A+

4 2

5

1

3

A+ A-

v=-1.23

+24V

0V

A0

A0 A1

A1

A-

1 2

A+B+A-B-A+B+A-B-A0 A1

4 2

5

1

3

A+ A-

B0 B1

4 2

5

1

3

B+ B-

0V

+24V

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

PM

1 2 3 4

E’ importante notare che l’ordine con cui vengono scritte le linee di circuito (di programmazione) non è importante, visto che la sequenza del ciclo è scandita dai contatti elettrici che istante per istante trasformano il circuito “attivo”

A+B+A-B-A+B+A-B-

v=0

A0 A1

4 2

5

1

3

A+ A-

v=0

B0 B1

4 2

5

1

3

B+ B-

0V

+24V

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

PM

1 2 3 4

Nella situazione iniziale, prima che venga premuto PM la prima linea è alimentata e tiene il pistone nella posizione iniziale

A+B+A-B-A+B+A-B-

v=1.07

A0 A1

4 2

5

1

3

A+ A-

v=0

B0 B1

4 2

5

1

3

B+ B-

0V

+24V

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

PM

1 2 3 4

Alla chiusura del PM anche la linea 3 viene alimentata e provoca il primo moto del ciclo.

A+B+A-B-A+B+A-B-

v=0

A0 A1

4 2

5

1

3

A+ A-

v=1.07

B0 B1

4 2

5

1

3

B+ B-

0V

+24V

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

PM

1 2 3 4

A1 si chiude e B+ viene attivata

A+B+A-B-A+B+A-B-

v=-1.23

A0 A1

4 2

5

1

3

A+ A-

v=0

B0 B1

4 2

5

1

3

B+ B-

0V

+24V

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

PM

1 2 3 4

A+B+A-B-A+B+A-B-

v=0

A0 A1

4 2

5

1

3

A+ A-

v=-1.23

B0 B1

4 2

5

1

3

B+ B-

0V

+24V

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

PM

1 2 3 4

A+B+A-B- (posizionamento A+B+A-B- (posizionamento finecorsa)finecorsa)

A+a1 B+b1 A-a0 B-b0

4 2

5

1

3

A+ A-

4 2

5

1

3

B+ B-

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

A+B+A-B-A+B+A-B-

A+a1 B+b1 A-a0 B-b0

4 2

5

1

3

A+ A-

4 2

5

1

3

B+ B-

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

A+B+A-B-A+B+A-B-

A+a1 B+b1 A-a0 B-b0

4 2

5

1

3

A+ A-

4 2

5

1

3

B+ B-

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-

A+B+A-B-A+B+A-B-

A+a1 B+b1 A-a0 B-b0

4 2

5

1

3

A+ A-

4 2

5

1

3

B+ B-

A0 A1 B0 B1

A+B- B+ A-