Pneumatyczne systemy sterowania są niezbędnym elementem współczesnego przemysłu. Wykorzystując sprężone powietrze jako medium robocze, pozwalają na precyzyjne i szybkie sterowanie różnymi procesami produkcyjnymi. Poniższy artykuł przedstawia zastosowania, budowę oraz zasady działania pneumatycznych systemów sterowania.
Pneumatyka – podstawowe informacje
Pneumatyka to nauka zajmująca się przepływem sprężonego powietrza oraz wykorzystaniem tego medium do generowania sił i momentów obrotowych wykonujących pracę oraz sterowania różnymi układami. Dzięki swoim zaletom, takim jak niskie koszty, brak zabrudzeń oraz możliwość precyzyjnego sterowania, pneumatyka stała się kluczowym narzędziem we współczesnym przemyśle i automatyce.
Zalety i wady pneumatyki
Głównymi zaletami pneumatyki są:
- niskie koszty,
- brak zabrudzeń,
- bezpieczeństwo i komfort pracy,
- możliwość cichej pracy,
- precyzyjne ruchy,
- proste sterowanie.
Mimo wielu zalet, pneumatyka posiada także wady, takie jak mniejsza wydajność energetyczna w porównaniu z hydrauliką czy ograniczenia związane z właściwościami sprężonego powietrza.
Struktura układów pneumatycznych – podstawowe elementy
Układ pneumatyczny składa się z wielu zintegrowanych ze sobą elementów o różnorodnych funkcjach. Wyróżnia się trzy główne grupy komponentów:
- napędy pneumatyczne,
- zawory pneumatyczne,
- metody sterowania zaworami.
Napędy pneumatyczne
Napędy pneumatyczne to elementy, które zamieniają energię sprężonego powietrza na energię mechaniczną w postaci ruchu prostoliniowego lub obrotowego. Najpopularniejszymi napędami pneumatycznymi są:
Siłowniki pneumatyczne – dwustronnego działania oraz jednostronnego działania
Silniki pneumatyczne – obrotowe
Zawory pneumatyczne
Zawory pneumatyczne pełnią funkcję sterowania przepływem sprężonego powietrza w pneumatyce. Główne rodzaje zaworów to:
- zawory rozdzielające,
- zawory zwrotne,
- zawory szybkiego spustu,
- zawory logiczne,
- zawory odcinające.
Metody sterowania zaworami pneumatycznymi
Sterowanie zaworami pneumatycznymi może odbywać się na różne sposoby, takie jak:
- manualne sterowanie,
- sterowanie sygnałowe,
- sterowanie elektryczne,
- sterowanie za pomocą sterowników PLC.
Pneumatyczne systemy sterowania – zastosowania
Systemy sterowania pracujące ze sprężonym powietrzem, znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu, takich jak:
- przemysł motoryzacyjny – klucze pneumatyczne,
- lakiernictwo, blacharstwo, branża drzewna – szlifierki pneumatyczne,
- konstrukcja mebli – układy pneumatyczne do otwierania drzwiczek.
Budowa i zasada działania siłowników pneumatycznych
Siłowniki pneumatyczne są podstawowymi napędami wykorzystywanymi w pneumatyce. Wyróżnia się dwa główne rodzaje siłowników:
- siłowniki dwustronnego działania,
- siłowniki jednostronnego działania.
Siłowniki dwustronnego działania
Ten rodzaj siłowników posiada dwie komory, do których doprowadza się sprężone powietrze, umożliwiając tym samym ruch tłoczyska w obie strony. Zasada działania siłowników dwustronnego działania jest następująca:
- doprowadzenie sprężonego powietrza do komory A powoduje przesunięcie tłoczyska w prawo,
- jednocześnie powietrze po drugiej stronie tłoka jest opróżniane przez komorę B.
Odwrócenie procesu – doprowadzenie sprężonego powietrza do komory B powoduje przesunięcie tłoczyska w lewo, a powietrze po drugiej stronie tłoka jest opróżniane przez komorę A.
Siłowniki jednostronnego działania
W przypadku siłowników jednostronnego działania, ruch powrotny tłoczyska jest gwarantowany przez sprężynę, która „odbija” tłok, gdy odłączymy ciśnienie sprężonego powietrza w komorze A. Działanie tych siłowników jest więc zależne od jednej strony od ciśnienia powietrza, a z drugiej strony od siły sprężyny.
Budowa i zasada działania napędów obrotowych
Napędy obrotowe w pneumatyce realizują ruch obrotowy dzięki zastosowaniu siłowników obrotowych lub silników obrotowych. W przypadku siłowników obrotowych, ruch liniowy tłoczyska jest przekładany na ruch obrotowy, np. przez zastosowanie przekładni z listwą zębatą i kołem zębatym. Napędy obrotowe mogą pracować w zakresie pełnych obrotów lub w zakresie ograniczonym, tzw. wahadłowym (np. o kąt 180 stopni).
Budowa i zasada działania zaworów rozdzielających
Zawory rozdzielające sterują kierunkiem przepływu sprężonego powietrza. Ich sposób działania można porównać do działania skrzyżowania z sygnalizacją świetlną. W przypadku zaworu rozdzielającego, sterowanie tym przepływem odbywa się za pomocą manualnej dźwigni lub automatycznego sterowania.
Budowa i zasada działania zaworów zwrotnych
Zawory zwrotne sterują przepływem sprężonego powietrza tylko w jednym kierunku. Wyróżnia się zawory podstawowych funkcji logicznych, takich jak koniunkcja AND oraz alternatywa OR. Kombinacja tych zaworów z innymi podzespołami pozwala na tzw. sterowanie z pamięcią.
Metody sterowania zaworami pneumatycznymi
Sterowanie zaworami pneumatycznymi może odbywać się na różne sposoby, takie jak:
Sterowanie manualne
Najprostszym przykładem sterowania zaworu jest ręczne przesunięcie, pociągnięcie lub naciśnięcie dźwigni. Wówczas użytkownik ma bezpośredni wpływ na przepływ powietrza.
Sterowanie sygnałowe
Zawory mogą wzajemnie na siebie oddziaływać sygnałami sterującymi pochodzącymi od różnych źródeł. Mogą być to sygnały pneumatyczne lub sterowanie za pomocą elektromagnesu.
Sterowanie elektryczne
W przypadku sterowania elektrycznego, zawory są kontrolowane za pomocą przekaźników i cewek, co pozwala na automatyczne sterowanie oraz reagowanie na różne sytuacje.
Sterowanie za pomocą sterowników PLC
Sterowanie za pomocą sterowników PLC (Programmable Logic Controller) pozwala na pełną kontrolę i automatyzację procesów pneumatycznych, dzięki zastosowaniu programowalnych układów elektronicznych.
Podsumowanie
Pneumatyczne systemy sterowania stanowią ważny element współczesnego przemysłu, pozwalając na precyzyjne i szybkie sterowanie różnymi procesami produkcyjnymi. Dzięki zrozumieniu podstawowych elementów i zasad działania tych systemów, możliwe jest projektowanie efektywnych i zoptymalizowanych układów pneumatycznych.
