PROIECTAREA UNUI SISTEM DE ACTIONARE - METODE DE PROIECTARE A SCHEMELOR FUNCTIONALE

Sursa: Actionari Hidraulice si Pneumatice – Editura Universitara Bucuresti – Autor: Mihai Avram

“Echipamente si sisteme clasice si mecatronice”

Sistemul prezentat în articolul anterior nu ridică probleme deosebite. Din acest motiv conceperea schemei funcţionale s-a putut realiza cu uşurinţă, pe baza experienţei şi a cunoştinţelor acumulate până în acest moment. Metoda dă rezultate bune în cazul sistemelor de acţionare simple cu unul sau două motoare. Pentru a sublinia dificultăţile care pot să apară, în continuare, se va încerca pe această cale să se proiecteze schema funcţională a sistemului prezentat în figura 4.167 pentru care diagramă mişcare – faze a fost redată în figura 4.168 b. În figura 4.178 este prezentat rezultatul acestui demers. Se observă că în componenţa sistemului intră aceleaşi echipamente ca şi în cazul sistemului prezentat anterior.

Ciclul se iniţializează atunci când există concomitent semnalele i1 şi i2 şi nu există a. (legătura între ieşirea limitatorului de cursă bo şi camera de comandă din dreapta a distribuitorului DA, legătura desenată cu linie punctată pe figură, este întreruptă). În această situaţie la ieşirea elementului “ŞI” există semnalul de comandă a+ care va determina avansul cilindrului A. La sfârşitul cursei este activat limitatorul de cursă a1 care generează semnalul b+. Acesta determină avansul cilindrului B, care la sfârşitul cursei acţionează limitatorul b1. În acest moment se generează semnalul de comandă b- semnal care ar trebui să determine revenirea cilindrului B. În paragraful 4.6.1.1. s-a arătat că un distribuitor cu memorie, aşa cum sunt distribuitoarele din schemă, funcţionează corect numai dacă cele două semnale de comandă ale sale nu există simultan. În acest moment în cele două camere de comandă ale distribuitorului DB există simultan semnalele b+ şi b- . Din acest motiv distribuitorul nu poate comuta, iar ciclul este blocat.
Înainte de a prezenta o serie de metode care permit depăşirea unui asemenea impediment, în continuare este prezentată o cale care permite identificarea cu uşurinţă a semnalelor blocante.
Metoda presupune realizarea diagramelor semnale – faze. Aceasta este asemănătoare cu diagrama funcţională mişcare – faze. Ca şi în cazul diagramelor mişcare – faze în abscisă se consideră fazele ciclului de funcţionare. În ordonată, pentru fiecare limitator de cursă, se asociază două linii: linia 0 când limitatorul este neacţionat şi linia 1 pentru situaţia în care limitatorul este acţionat.

Fig.4.178

Fig.4.179

Este de dorit ca diagrama semnale – faze să fie amplasată imediat sub diagrama mişcare – faze. Acest lucru este realizat în figura 4.179 pentru cele două exemple considerate în paragraful 4.8.1.
Limitatoarele de cursă ce comandă acelaşi distribuitor sunt amplasate în diagrama semnale – faze grupat. Astfel, în primul caz limitatoarele boşi b1 pentru distribuitorul DA şi limitatoarele ao şi a1 pentru distribuitorul DB, iar în cel de-al doilea caz limitatoarele ao şi bo pentru distribuitorul DA şi a1 şi b1 pentru distribuitorul DB. Condiţia ca un distribuitor să-şi poată realiza funcţia (să poată comuta) este ca cele două semnale de comandă ale sale să nu existe simultan (să nu aibă valoarea 1 pe figură). Analizând diagrama din figura 4.179 a se observă că nu există semnale blocante. Din acest motiv, aşa cum s-a arătat deja, proiectarea schemei funcţionale nu ridică probleme deosebite. Asemenea sisteme pot fi concepute fără a apela la metode speciale de proiectare, în schimb pe diagrama din figura 4.179 b se observă existenţa a două suprapuneri de semnale:
– la nivelul distribuitorului DA, în momentul iniţializării ciclului (zona marcată cu a pe grafic);
– la nivelul distribuitorului DB, în momentul trecerii de la faza 2 la faza 3 (zonă marcată cu β pe grafic);

Fig.4.180

Semnalele furnizate de limitatoarele de cursă a1 şi bo, care împiedică comutarea distribuitoarelor, se numesc semnale blocante.
O primă soluţie pentru a elimina suprapunerea de semnale constă în utilizarea unei memorii auxiliare (fig.4.180), care alimentează limitatoarele de cursă care produc semnalele blocante numai în momentul adecvat.
Memoria M, un distribuitor 5/2, este comandată de semnalele x şi y ce provin de la limitatoarele ao şi respectiv b1.
Prin utilizarea acestei memorii diagrama semnale – faze se modifică după cum se arată în fig. 4.181.
Se evită astfel momentele în care la nivelul celor două distribuitoare semnalele de comandă se suprapun.
Se observă că la terminarea fazei 2 semnalul instantaneu obţinut la ieşirea limitatorului b1 determină întreruperea alimentării limitatorului a1, fapt ce are drept efect anularea comenzii b+, cât şi comutarea distribuitorului DB (comanda b.), deci revenirea cilindrului B. Acest lucru se întâmplă şi în cazul cilindrului A, de partea limitatorului a0, la trecerea din faza 4 în faza 1.
O altă soluţie (fig.4.182) care permite eliminarea suprapunerii de semnale constă în utilizarea unor temporizatoare de tipul celui prezentat principial în figura 4.155 g. Rolul acestui temporizator este acela ca după un timp scurt Δt ce poate fi reglat, să anuleze semnalul de ieşire. Practic, în acest fel, se delimitează durata semnalelor provenite de la limitatoarele de cursă a1 şi bo şi se elimină suprapunerile de semnale la nivelul distribuitoarelor DA şi DB.
Metoda de eliminare a suprapunerii semnalelor folosind limitatoare de cursă cu acţionare într-un singur sens.

Fig.4.182

Aceste limitatoare numite şi limitatoare cu rolă dublu articulată au fost prezentate în paragrafele 4.6.1.1. (fig. 4.88 ci şi C2) şi 4.7.2.
În cazul sistemului luat în discuţie, limitatoarele a1 şi bo vor fi de acest tip (fig.4.183).
Pentru a fi eficiente, limitatoarele de cursă cu rolă dublu articulată trebuie să fie dispuse puţin înainte de poziţia de cap de cursă, astfel încât ele să fie acţionate în timpul mişcării şi să nu rămână acţionate atunci când ansamblul mobil şi-a terminat cursa.
În figura 4.179 b, punctat este reprezentată diagrama semnale – faze pentru această situaţie. Se observă cum zonele α şi β de suprapunere a semnalelor sunt eliminate.

Fig.4.183

Metoda de eliminare a suprapunerii semnalelor ce utilizează distribuitoare cu memorie.
Această metodă constă în anularea semnalului de comandă imediat ce acesta nu mai este necesar. Pentru aceasta se folosesc nişte blocuri special concepute (fig.4.184), blocuri ce trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:
– numărul semnalelor de ieşire ei trebuie să fie egal cu numărul semnalelor de intrare
– să existe o corespondenţă biunivocă între semnalele de ieşire şi cele de intrare;
– semnalul de ieşire trebuie memorat, astfel încât să poată fi utilizat şi după ce semnalul de intrare corespunzător nu mai există;
– la un moment dat să existe numai un singur semnal de ieşire;
– semnalele de intrare să fie aplicate întotdeauna în aceeaşi succesiune.
Un asemenea bloc poate fi realizat folosind distribuitoare pneumatice cu memorie 5/2 conectate în cascadă. În tabelul 4.12 sunt prezentate schemele funcţionale a trei blocuri de acest tip: cu două ieşiri, cu trei şi respectiv patru ieşiri.
Numărul de semnale de ieşire necesare blocului este determinat de numărul semnalelor blocante existente. Realizarea unui circuit utilizând această metodă presupune mai întâi împărţirea ciclului funcţional în secvenţe. 0 secvenţă este formată din mai multe faze succesive, cu condiţia să nu conţină mişcări contrare ale aceluiaşi motor. De exemplu, pentru sistemul ce realizează ciclul A+, B+, B-, A- se pot pune în evidenţă două secvenţe: A+, B+ şi B-, A-.
Numărul secvenţelor unui ciclu corespunde cu numărul de ieşiri ale blocului, iar numărul de memorii ce compun blocul este mai mic cu o unitate decât numărul secvenţelor. în cazul exemplului de mai sus este necesar un bloc cu două ieşiri, obţinut cu o singură memorie (coloana 1 a tabelului 4.12).
Pentru a uşura aplicarea metodei graful funcţional al ciclului se transformă într-un graf contractat; acesta din urmă pune în evidenţă secvenţele ciclului. Revenind la exemplul considerat, în figura 4.185 sunt prezentate atât graful funcţional, cât şi cel contractat.

Fig. 4.184

Tabelul 4.12

Semnalele blocante a1 şi bo, pentru a fi evidenţiate, au fost înconjurate cu un cerc.
Ele apar în interiorul secvenţelor ciclului (fig. 4.185 b). Limitatoarele de cursă care generează aceste semnale vor fi alimentate, în succesiune, de la una din ieşirile blocului.

Fig. 4.185

Primele limitatoare de cursă din orice secvenţă generează semnale de comandă care sunt conectate la intrările blocurilor, în concluzie pentru sistemul luat în discuţie:
– este necesar un bloc cu două ieşiri;
– semnalele de intrare sunt: i1=m· a0 şi i2 = b1;
– semnalele de ieşire sunt: e1 =a1 şi e2 = b0. Toate acestea sunt sintetizate în tabelul 4.13.

Tabelul 4.13

Circuitul pneumatic corespunzător acestui exemplu este cel deja prezentat în figura 4.180.
Metoda se poate aplica cu succes în cazul în care sistemul conţine un număr mai mare de motoare. Avantajele acestei metode sunt:
– se poate afla cu uşurinţă ce element de semnalizare confirmă o mişcare;

– nu există pericolul suprapunerii semnalelor, deci un asemenea sistem prezintă siguranţă mare în funcţionare. Dezavantajul metodei constă în aceea că în cadrul blocului distribuitoarele cu memorie trebuie înseriate ceea ce determină pierderile mari de presiune şi conduce la timpi mai mari de răspuns. Este motivul pentru care se folosesc blocuri cu maxim 4-5 semnale de ieşire.
În continuare este prezentat un alt exemplu de aplicare a acestei metode [4.1] în cazul unui sistem de acţionare cu patru cilindri: A, B, C şi D. În figura 4.186 este prezentată diagrama funcţională a sistemului, iar în figura 4.187 graful funcţional detaliat (fig.4.187 a) şi contractat (fig. 4.187 b).

Fig. 4.186

Graful contractat pune în evidenţă trei secvenţe, deci se impune utilizarea unui bloc cu trei ieşiri ei, e2 şi ej, format din două memorii (tabelul 4.13 coloana 2).
Primele limitatoare de cursă ale fiecărei secvenţe alimentează în succesiune intrările blocului i1, i2 şi i3 (tabelul 4.14), în timp ce fiecărei secvenţe îi corespunde o ieşire care alimentează limitatoarele de cursă care generează semnalele blocante.
Schema funcţională a sistemului este reprezentată în figura 4.188.
Tabelul 4.14

Secvenţiatoare de paşi. Această metodă este una dintre cele mai sigure metode de conducere a unui sistem de acţionare.
Secvenţiatorul reprezintă în fapt un bloc logic special format dintr-un număr de module egal cu numărul de faze ale ciclului automat. Fiecare modul este format dintr-o memorie cu o singură ieşire, un element “Şi” care are la una din intrări conectată ieşirea memoriei şi un element “SAU” a cărui ieşire este conectată la intrarea memoriei. Când este activă o fază a ciclului este activă şi memoria modulului corespunzător. Având asigurată această asociere dintre fazele ciclului şi memoriile blocului se realizează o comandă fermă a sistemului, se elimină incertitudinile în acţionare şi semnalele de tip blocant. Totodată proiectarea ciclului funcţional este simplă şi rapidă, realizându-se plecând direct de la diagrama mişcare – faze sau de la graful funcţional.

Aşa cum se observă din figura 4.189 ieşirea fiecărei memorii are trei legături: cu camerele de comandă ale distribuitoarelor ce alimentează motoarele – semnalul x, cu elementul logic “ŞF ce comandă memoria următoare, cu elementul logic “SALT’ al memoriei precedente, semnal ce anulează ieşirea acestei memorii.
Pentru a înţelege funcţionarea secvenţiatorului se consideră ca punct de pornire momentul în care este activată memoria corespunzătoare fazei “n”. În acest moment la ieşirea memoriei există un semnal care îndeplineşte următoarele funcţii:
– alimentează motorul corespunzător fazei “n” (semnalul x„);
– pregăteşte elementul logic “ŞI (în sensul că existând semnalul logic 1 pe una din intrări în momentul când se aplică semnal pe cealaltă intrare a elementului la ieşirea acestuia se obţine semnal) al cărui semnal de ieşire se aplică memoriei “n+1”;
– anulează memoria modulului precedent “n-1”; în acest mod, resetând de fiecare dată memoria precedentă, se evită posibilitatea de a avea simultan mai multe memorii activate; sunt astfel eliminate toate incertitudinile din sistem datorate semnalelor blocante; modulul “n+1” va fi activat numai dacă toate mişcările corespunzătoare fazelor ciclului de până la faza “n” au fost realizate şi există semnalul de tranziţie an.

Fig. 4.187

Fig.4.188 Fig.4.189

Elementele logice “SAU” au una dintre intrări conectată la semnalul xR, care este utilizat în condiţii de urgenţă pentru a opri ciclul prin anularea tuturor memoriilor.
Proiectarea schemei funcţionale a unui sistem pneumatic cu ajutorul unor secvenţiatoare de paşi este foarte simplă şi nu necesită o pregătire deosebită a proiectantului. Proiectarea are ca punct de pornire graful funcţional. Spre exemplificare, în figura 4.190 este prezentată schema funcţională pentru sistemului descris de graful din figura 4.172 b, schemă obţinută prin utilizarea unui secvenţiator de paşi SP.
În figura 4.190 pentru secvenţiator s-a folosit simbolul stabilit de UNI ISO 5784/3. În acest simbol pentru fiecare modul este prevăzută o căsuţă cu o diagonală, care la partea de jos are marcate semnalele de intrare provenite de la limitatoarele de cursă, iar la partea de sus semnalele de ieşire care merg la distribuitoarele din sistem.
Sistemul este prevăzut cu un selector de circuit SC care poate selecta funcţionarea ciclu cu ciclu sau funcţionarea automată şi un buton de pornire BP care permite iniţializarea ciclului în cazul în care selectorul de circuit este poziţionat pentru funcţionarea ciclu cu ciclu.
În caz de urgenţă se poate acţiona asupra butonului BU care în această situaţie resetează toate memoriile secvenţiatorului.
Repunerea în funcţiune, după o asemenea situaţie, impune aducerea cilindrilor în poziţie iniţială (cu ansamblul mobil retras) lucru ce se poate realiza acţionând manual asupra distribuitoarelor DA şi DB, urmată de acţionarea butonului de iniţializare BI. Acest buton este necesar pentru a furniza un semnal de activare primei memorii, dat fiind faptul că în această situaţie nu există semnal pe nici una dintre memorii.

Fig.4.190