دانلود مقاله اتوماسیون توسط سیستم های نتوماتیک

اتوماسیون توسط سیستمهای نتوماتیک

1-1- مقدمه

در این فصل به معرفی سیستمهای نتوماتیک مورد استفاده در خطوط تولیدی اتوماتیک می پردازیم. در این نگارش تنها به اصول کلی طراحی و اجزاء مهم سیستمهای نتوماتیک پرداخته خواهد شد که مقدمه لازم جهت آشنائی تخصصی با این سیستمها را برای یک مهندس کنترل فراهم می آورد.

لغت نیوماتیک(Pneumatic)( که به صورت پنوماتیک مطابق با برداشت از تلفظ این لغت به زبان آلمانی نیز در صنایع کشور مصطلح می باشد) از ریشه یونانی(Pneumos) به معنی تنفس گرفته شده است. استفاده از هوا فشرده در سیستمهای صنعتی به ابتدای انقلاب صنعتی به ابتدای انقلاب صنعتی بر می گردد و در ابتدای قرن بیستم به عنوان ابزار اصلی اتوماسیون سیستمهای تولیدی مورد استفاده قرار گرفته است. یک سیستم نیوماتیک شامل عملگرها یا جکهای نیوماتیک، شیرهای نتوماتیک یا الکترونیوماتیک، سنسورهای نیوماتیک، سیستم های انتقال نیوماتیک و سیستم تولید فشار هوا می باشد. در ابتدای این فصل به توضیحی مختصر درباره برخی از این اجزاء پرداخته و سپس طرحهای اتوماسیون توسط سیستمهای نیوماتیک را بررسی می نمائیم.

2-1- اجزاء سیستم نیوماتیک

1-2-1- انواع شیرهای نیوماتیک

شیرهای استفاده شده در سیستمهای نیوماتیک بمنظور کنترل سه کمیت فیزیکی زیر بکار می روند.

1- کنترل وضعیت جریان          2- کنترل فشار هوا                   3- کنترل میزان جریان هوا

1- تعداد پورتهای نیوماتیک ورودی و خروجی(2، 3، 4 یا 5)

2- تعداد وضعیتهای کنترل شونده حرکتی شیر(1، 2 یا 3)

3- نحوه تحریک شیر(دستی، نیوماتیکی یا برقی)

4- مشخصات طراحی شیر همانند ابعاد پورتهای ورودی و خروجی، دبی شیر و...

شکل زیر اجزاء داخلی یک شیر کنترلی و نحوه آب بندی آن توسط O-ring را نشان می دهد. عضو اصلی شیر که وظیفه کنترل جهت حرکت جریان را به عهده دارد سوزن شیر یا Spool نام دارد.

R

شکل 1-1 اجزاء داخلی یک شیر کنترل وضعیت

در اینجا می توانیم تعدادی از شیرهای کنترل وضعیت مورد استفاده متداوب در سیستمهای اتوماسیون را با توجه به وظیفه ای که انجام می دهند( و نه با تکیه به اصول طراحی شیر) طبقه بندی کنیم.

الف) شیر 2*2(دو در دو به معنای دو پورت ورودی- خروجی و دو وضعیتی)

همانگونه که در شکل 2-1 ملاحظه می شود ساختار داخلی این شیر به گونه است که در صورت عدم تحریک آن جریان ورودی هوا(پورت 1) نسبت به پورت خروجی(2) کاملا مسدود می باشد و لذا این شیر در حالت نرمال قطع یا(NC) می باشد. در صورت تحریک شیر، جریان هوا بین پورت ورودی(1) و خروجی(2) برقرار می شود. نمایش این شیر در مدارهای نیوماتیک به فرم زیر می باشد:

R

شکل 2-1 شیر کنترل وضعیت 2*2 و شماتیک نمایش آن در مدارهای نیوماتیک

ب) شیر 2*3(سه ورودی- خروجی، دو وضعیتی)

انواع این نوع شیر کنترل وضعیت به فرم سوزنی(spool) و کفشکی(Poppet) در شکل زیر نمایش داده شده اند. همانگونه که در شکل ملاحظه می شود ورودی هوای فشرده از پورت(1) یا مسدود بوده(N.C.) و یا با تغییرات وضعیت Spool به خروجی پورت(2) در شکل آورده شده است.

پ) شیر کنترل وضعیت 2*4 یا 3*4

این نوع شیر غالبا بصورت دیسکی طراحی شده و عملا امکان اتصال پورت ورودی(1) به خروجی(2) و پورت ورودی(3) به خروجی(4) را در یک وضعیت و اتصال(1) به(4) و(2) به (3) را در وضعیت دیگر مهیا می کنند. در حالت سه وضعیتی حالتی پیش بینی شده است که کلیه پورتها مسدود می باشند. شکل زیر نحوه عملکرد این شیر را بصورت شماتیک نمایش داده و با استفاده از یک جک نیوماتیک 2 طرفه نحوه استفاده از این شیر در یک مدار نیوماتیکی مشخص گردیده است.

R

شکل 3-1 شیر کنترل وضعیت 2*3

R

شکل 3-1 یک نوع شیر کنترل وضعیت 3*4 و نحوه نمایش سمبولیک آن در نقشه های نیوماتیک

ت) شیر کنترل وضعیت 2*5 یا 3*5

این شیر مهمترین و پرکاربردترین شیر کنترل وضعیت در سیستمهای نیوماتیکی است که جهت کنترل حرکت جکها یا موتورهای نیوماتیکی استفاده می شود. شکل زیر نمایشی از ساختار این نوع شیر و شماتیک نمایش آن در نقشه های نیوماتیک را به تصویر می کشد. همانگونه که در شکل مشاهده می شود، در وضعیت خنثی شیر حرکت جک متوقف گردیده زمانیکه دسته شیر بصورت دستی در وضعیت چپ قرار گیرد جریان از مخزن پرفشار(ورودی) به پیشانی جک منتقل شده و جک در جهت بسته شدن حرکت می کند بهمین ترتیب در وضعیت راست، جریان به پشت جک هدایت شده و جک باز خواهد شد.

R

شکل 4-1 یک نوع شیر کنترل وضعیت 3*5 و نحوه نمایش سمبولیک آن در نقشه های نیوماتیکی

2-2-1- نحوه فعال سازی شیرهای کنترلی

شیرهای کنترل وضعیت به صورتهای مختلف قابل فعال سازی می باشند، نوع ساده تحریک توسط اپراتور و بصورت دستی صورت می پذیرد. همچنین از نیروی مکانیکی ناشی از حرکت در سیستمهای تمام اتوماتیک به صورت تحریک نیوماتیک یا پیلوت و یا تحریک الکتریکی است که در زیر به آن می پردازیم.

الف) تحریک دستی

شکل 5-1، انواع متدهای تحریک دستی شیرهای کنترلی توسط اپراتور را به نمایش می گذارد.

R

شکل 5-1 انواع متدهای تحریک دستی شیرهای کنترلی

ب) تحریک مکانیکی

شکل زیر، متدهای تحریک مکانیکی شیرهای کنترلی را به تصویر می کشد.

R

شکل 6-1 انواع متدهای تحریک مکانیکی شیرهای کنترلی

پ) تحریک نیوماتیکی یا پیلوت

از یک خط فرمان نیوماتیک یا هوای فشرده نیز برای جابجا کردن سوزن شیر(Spool) و یا کفشک آن(Poppet) می توان بهره جست. شکل زیر نحوه استفاده مستقیم از تحریک پیلوت، تحریک الکترونیوماتیک آن و یا تحریک دیافراگمی آنرا نمایش می دهد.

R

شکل 7-1 انواع متدهای تحریک نیوماتیکی یا پیلوت شیرهای کنترل

ت) تحریک الکتریکی

تحریک الکتریکی توسط یک سلف یا سلونوئید صورت می پذیرد. غالبا این نوع شیرها را سلونوئید- ولو می نامند. تحریک در این نوع شیرها می تواند بصورت کاملا الکتریکی بوده و یا از فشار هوا نیز برای حرکت Spool به علاوه تحریک الکتریکی استفاده شود که در اینصورت جهت حرکت Spool استفاده می گردید و برگشت آن توسط نیروی فنر و یا یک سلونوئید دیگر صورت می گرفت، اما با توجه به وجود منبع قدرت قابل استفاده و در دسترس فشار هوا، می توان توان مکانیکی لازم جهت به حرکت درآوردن Spool را بخصوص در شیرهای بزرگ از آن تامین نمود. شکل 8-1 یک نوع شیر 2*3 که بدین ترتیب کنترل می شود را نمایش می دهد.

R

شکل 8-1 یک نوع شیر 2*3 که از تحریک الکترو- نیوماتیک استفاده می کند

R

شکل 9-1 نمایش مداری شیرهای تحریک شونده الکترو- نیوماتیکی

3-2-1- عملگر های نیوماتیکی

انواع عملگردهای نیوماتیکی به سه دسته زیر تقسیم می گردند.

1- عملگر های خطی(جکها)

2- عملگرهای دورانی(موتورها)

3- عملگرهای نیم دورانی(دارای محدودیت در دوران می باشند)

که انواع این گونه عملگرها در زیر توضیح داده خواهند شد.

الف) جک های یک محوره- یک طرفه