Cenni di automatismo industriale Pneumatica - Elettropneumatica Attuatori: cilindri pneumatici Sensori Sistemi di comando: valvole Simulazione banco pneumatico Diagramma di fase - ciclo Schemi elettrici Argomenti tratti da: Tecnica Professionale vol. 2 (volume in uso classe V° TIM/TSE) Materiale trovato su internet

INTRODUZIONE ALL’ELETTROPNEUMATICA Pg. 462-463 INTRODUZIONE ALL’ELETTROPNEUMATICA Generalmente con il termine “automatico” si intende qualunque operazione che viene eseguita senza l’intervento manuale dell’uomo a seguito di un comando. Per raggiungere questo risultato è necessario introdurre un sistema capace di mettere a disposizione “l’energia necessaria al compimento” dell’azione. Fra i vari metodi studiati per ottenere un automatismo nell’ambito della produzione industriale quelli più usati sono la pneumatica e l’elettropneumatica

PNEUMATICA Nella pneumatica ed elettropneumatica l’energia impiegata è quella di PRESSIONE presente nell’aria compressa Se per mezzo di un compressore si comprime una certa 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 automatico Blocco di potenza Blocco di comando UNITA’ DI ELABORAZIONE E/O DI COMANDO COMANDO / ATTUATORE SENSORI UNITA’ DI ATTUAZIONE O DI LAVORO Controllo ad anello chiuso

Schema a blocchi di un sistema automatico ad anello aperto Blocco di potenza Blocco di comando UNITA’ DI ELABORAZIONE E/O DI COMANDO COMANDO / ATTUATORE UNITA’ DI ATTUAZIONE O DI LAVORO

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 pneumatico: quando sia il blocco di comando che di controllo sono realizzati con tecnologia pneumatica Sistema elettropneumatico: quando il blocco di: - comando è realizzato con tecnologia pneumatica - controllo è realizzato con tecnologia elettronica

SENSORI e/o trasduttori Termine 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 SENSORI Pg. 486-487 Grandezza di ingresso: Meccanici (di spostamento, di velocità, si accellerazione, ecc…) Temperatura Livello ecc… 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 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. Contatto chiuso Contatto aperto

RELE’ 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.

ATTUATORI: CILINDRI PNEUMATICI Cilindro pneumatico ad aria compressa: dispositivo capace di esercitare una forza in una determinata direzione che provoca uno spostamento.

CILINDRI PNEUMATICI Semplice effetto Doppio effetto Doppio 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 Fa = Pa * S Ftot = Fa-Fb = (Pa-Pb) * S Fb = Pb * S B A Fb Fa Pa = pressione dell’aria compressa nella camera positiva Pb = pressione dell’aria compressa nella camera negativa S = sezione del pistone

L = F * X LAVORO Ipotesi Fa > Fb Pa diminuisce Pb aumenta Posizione Iniziale Posizione Finale Ipotesi Fa > Fb Movimento Trasformazione Adiabatica In questo caso non la Trasformazione avviene senza Scambio di calore con l’esterno Pa diminuisce Per effetto di questa condizione fisica a un certo punto si avrà Una condizione di equilibrio per cui Ftot = 0 Pb aumenta L = Lavoro eseguito F = Forza sviluppata X = Spostamento provocato L = F * X

Valvole Elettropneumatiche Sono dispositivi di comando atti a pilotare attuatori in modo che questi abbiano la possibilità di compiere lavoro. Questi dispositivi hanno la capacità di “distribuire”, “regolare” e “intercettare” il flusso dell’aria compressa in ingresso e in uscita dai cilindri.

Struttura di una valvola distributrice Organo mobile Condotto di collegamento con l’utilizzatore corpo Condotto di scarico aria compressa Condotto di alimentazione aria compressa L’azionamento dell’organo mobile della valvola può essere manuale, automatico meccanico, pneumatico, elettrico

Simbologia secondo le norme ISO 1219 Ogni valvola direzionale è costituita da un numero di quadrati corrispondente al numero delle diverse commutazioni che la valvola può subire. Lungo il perimetro di ogni quadrato, in alto e in basso, si segnano i punti di collegamento con il circuito pneumatico esterno. 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. Il punto che impedisce il passaggio dell'aria compressa è indicato con un trattino orizzontale

Simbologia secondo le norme ISO 1219 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.). La rappresentazione di una valvola viene sempre effettuata nella posizione di riposo 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 1219 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. 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 1219 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 Manuale a pulsante A pedale Meccanico a molla Meccanico a rullo Elettrico con bobina Pneumatico

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 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 2 4 3 5 1 POSIZIONE STABILE: In posizione di equilibrio la camera negativa è in pressione per cui Il pistone è nella posizione di fine corsa negativo

Principio di Funzionamento 1 3 5 4 2 Corsa positiva 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.

Principio di Funzionamento La 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.

Ciclo e Fase 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 +) la sua corsa positiva (stelo in uscita dal corpo del cilindro) - (A-) la sua corsa negativa (stelo in rientro nel corpo del cilindro). Definizione: Fase del ciclo di un cilindro Periodo di tempo entro cui avviene l’intero movimento del pistone

Ciclo e Fase: 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 pneumatico

Esempio: sistema elettropneumatico

Simboli elettrici PULSANTE MANUALE Bobina applicata all’elettrovalvola FINE CORSA OFF ON

Schema elettrico esempio: A+ Finecorsa A0: in questo caso viene rappresentato come un contatto chiuso, perché è impegnato (schiacciato) dallo stelo del cilindro SHEMA ELETTRICO Rappresentazione grafica dello stato del sistema Pulsante manuale ALIMENTAZIONE Bobina di andata A+

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

A-

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

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

A+B+A-B- A1 si chiude e B+ viene attivata

A+B+A-B-

A+B+A-B-

A+B+A-B- (posizionamento finecorsa) A+a1 B+b1 A-a0 B-b0

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

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

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