Ηλεκτροπνευματικά Συστήματα Αυτοματισμού ΣΤΟΧΟΙ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Ορισμός των πνευματικών και ηλεκτροπνευματικών συστημάτων.  2. Πλεονεκτήματα των ηλεκτροπνευματικών συστημάτων έναντι άλλων μηχανολογικών συστημάτων. 3. Τύποι κυλίνδρων και σύμβολα α) απλής ενέργειας β) διπλής ενέργειας.  4. Τύποι βαλβίδων και σύμβολα α) βαλβίδα 3/2 β) βαλβίδα 5/2. 5. Απλό ηλεκτροπνευματικό κύκλωμα.

ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΟΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Ο όρος “πνευματικά” προέρχεται από την αρχαία ελληνική λέξη “πνεύμα”, που σημαίνει πνοή, αέρας, η ενέργεια του πνέω, φύσημα. Ο αέρας ως μέσο μεταφοράς ενέργειας, χρησιμοποιήθηκε από τον άνθρωπο, για να ενισχύσει τις φυσικές του δυνατότητες από την αρχαιότητα. Η κίνηση πλοίων, οι ανεμόμυλοι και η άντληση νερού είναι χαρακτηριστικές εφαρμογές του. Οι πνευματικοί αυτοματισμοί είναι συστήματα, που χρησιμοποιούν τον πεπιεσμένο αέρα για τη λειτουργία μηχανημάτων και εξαρτημάτων. Τα ηλεκτροπνευματικά συστήματα χρησιμοποιούν, εκτός από τον αέρα, και το ηλεκτρικό ρεύμα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα χρήσης πεπιεσμένου αέρα από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα, αποτελεί η διαδικασία συντήρησης της φλόγας με φυσερό σε καμίνι, για την επεξεργασία των μετάλλων. Παραγωγή αέρα με χειροκίνητο τρόπο

Παραγωγή πεπιεσμένου αέρα. Το φυσερό είναι συσκευή μέσα από την οποία φυσάται αέρας με πίεση στην εστία της φωτιάς, στο καμίνι. Παραγωγή πεπιεσμένου αέρα. Η παραγωγή του πεπιεσμένου αέρα γίνεται με μηχανές που ονομάζονται αεροσυμπιεστές. Οι αεροσυμπιεστές συμπιέζουν τον αέρα για να αποκτήσει την πίεση που απαιτείται για τη λειτουργία των εξαρτημάτων, ώστε να γίνουν προκαθορισμένες εργασίες. Ο πεπιεσμένος αέρας οδηγείται με σωληνώσεις σε αεροθάλαμο, όπου και αποθηκεύεται. Τα κυριότερα μέρη μιας μονάδας παραγωγής πεπιεσμένου αέρα είναι: α) Ο αεροσυμπιεστής, που μπορεί να είναι εμβολοφόρος ή ροής β) Ο Ηλεκτρικός κινητήρας, που μπορεί να είναι μονοφασικός ή τριφασικός γ) Το Αεροφυλάκιο, που είναι κατασκευασμένο από χάλυβα και έχει κυλινδρική μορφή, για να αντέχει σε εσωτερικές πιέσεις

Μονάδα παραγωγής και προετοιμασίας πεπιεσμένου αέρα Κύρια μέρη μιας συσκευής προπαρασκευής πεπιεσμένου αέρα είναι το φίλτρο, ο ρυθμιστής πίεσης και ο λιπαντήρας. Το φίλτρο χρησιμοποιείται για να απομακρύνει κάθε ξένη ουσία που βρίσκεται στον πεπιεσμένο αέρα. Ο ρόλος του ρυθμιστή πίεσης είναι να διατηρεί σταθερή την πίεση λειτουργίας του κυκλώματος. Σκοπός του λιπαντήρα είναι να λιπαίνει κατάλληλα τον αέρα για να περιορίζει τη φθορά των κινούμενων μερών μειώνοντας τις τριβές τους, όπως επίσης και να προστατεύει τα στοιχεία του συστήματος από διάβρωση. Σε βιομηχανικές εφαρμογές εκτός από τη γενική προπαρασκευή του αέρα γίνεται και τοπική προπαρασκευή για την κατάλληλη τροφοδοσία κάθε μηχανήματος. Προπαρασκευαστής αέρα και σύμβολο

Διανομή πεπιεσμένου αέρα. Ο πεπιεσμένος αέρας στη βιομηχανία παράγεται και αποθηκεύεται σε κεντρικό σημείο (αεροθάλαμος) και οδηγείται με σωληνώσεις στις καταναλώσεις. Σχηματική παράσταση παραγωγής και διανομής πεπιεσμένου αέρα Κατά την εγκατάσταση του δικτύου πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην τοποθέτηση των σωληνώσεων. Οι σωληνώσεις πρέπει να τοποθετούνται με κλίση 1% με χαμηλότερο σημείο προς το μέρος του αεροσυμπιεστή. Έτσι αποφεύγεται η μεταφορά της υγρασίας, που έχει συμπυκνωθεί στις σωληνώσεις, προς τις καταναλώσεις. Για την αποστράγγιση του δικτύου των σωληνώσεων στο χαμηλότερο σημείο της εγκατάστασης τοποθετείται ειδικός θάλαμος με βάνα στο κάτω σημείο. Οι σωληνώσεις είναι κατασκευασμένες από χαλκό ή από χάλυβα.

Πλεονεκτήματα των πνευματικών συστημάτων Εύκολη μεταφορά του αέρα με σωληνώσεις εκεί που θέλουμε. Χαμηλό κόστος παραγωγής του πεπιεσμένου αέρα. Ρυθμιζόμενη ταχύτητα κίνησης των εμβόλων. Δεν απαιτείται αγωγός επιστροφής του αέρα. Ο αέρας αποθηκεύεται. Τα εργαλεία, και γενικά τα έμβολα μπορούν να υπερφορτωθούν χωρίς να υποστούν οποιαδήποτε ζημιά.

Κύλινδροι πεπιεσμένου αέρα Οι κύλινδροι πεπιεσμένου αέρα, μετατρέπουν την ενέργειά του σε μηχανική ενέργεια. Η μηχανική ενέργεια που παράγεται από τους κυλίνδρους, χρησιμοποιείται συνήθως για την κίνηση κάποιου εξαρτήματος ή κάποιου μηχανισμού σ συστήματα αυτοματισμών. Οι κύλινδροι του αέρα κυρίως διατίθενται σε δύο τύπους: Απλής ενέργειας Διπλής ενέργειας Στους κυλίνδρους απλής ενέργειας, το έμβολο κινείται μόνο προς μια κατεύθυνση με την πίεση του αέρα και συνήθως επιστρέφει στην αρχική του θέση, με τη βοήθεια ενός ελατηρίου που υπάρχει στο εσωτερικό τους. Στους κυλίνδρους διπλής ενέργειας, η κίνηση του εμβόλου προς τη μια και την άλλη κατεύθυνση, επιτυγχάνεται με τη χρήση του πεπιεσμένου αέρα.

Βαλβίδες ελέγχου πνευματικών συστημάτων Με τις βαλβίδες ελέγχουμε τη ροή του πεπιεσμένου αέρα. Με τον τρόπο αυτό ελέγχουμε τη λειτουργία των κυλίνδρων ενέργειας στα πνευματικά κυκλώματα Θέσεις λειτουργίας Μια βαλβίδα αέρα έχει καθορισμένες θέσεις λειτουργίας, οι οποίες παριστάνονται με μικρά τετράγωνα, σχεδιασμένα το ένα δίπλα στο άλλο. Οι θέσεις λειτουργίας της χαρακτηρίζονται με τα γράμματα a,0,b a b a b 2 θέσεις λειτουργίας 3 θέσεις λειτουργίας Μέσα στα τετράγωνα σχεδιάζουμε ευθύγραμμα τμήματα με βέλη στα άκρα τους, για να δείξουμε την κατεύθυνση ροής του αέρα σε κάθε θέση λειτουργίας της βαλβίδας. Τα ευθύγραμμα τμήματα, που καταλήγουν σε μια μικρή εγκάρσια γραμμή, παριστάνουν τη διακοπή της ροής του αέρα.

Επαφές εισόδου – εξόδου του αέρα Σε μια βαλβίδα υπάρχουν οι ακόλουθες επαφές (θύρες) εισόδου και εξόδου του αέρα. Μια επαφή για τη σύνδεση της παροχής του πεπιεσμένου αέρα. Αυτή η επαφή χαρακτηρίζεται με το γράμμα P ή με το αριθμό 1. Μία ή δύο επαφές, στις οποίες συνδέουμε συνήθως τις σωληνώσεις, που οδηγούνται προς τον κύλινδρο ενέργειας. Στον κύλινδρο απλής ενέργειας συνδέεται μόνο ένας σωλήνας του αέρα και στον κύλινδρο διπλής ενέργειας συνδέονται δύο σωλήνες. Αυτές οι επαφές χαρακτηρίζονται με τα γράμματα A και B ή με τους αριθμούς 2 και 4. Επίσης, έχουμε μία ή δύο επαφές για εξαερισμό. Αυτές χαρακτηρίζονται με τα γράμματα R, S ή με τους αριθμούς 3, 5. 3/2 βαλβίδα 5/2 βαλβίδα

Αριθμός επαφών και θέσεων Μια βαλβίδα του αέρα χαρακτηρίζεται ανάλογα με τον αριθμό των επαφών. Δηλαδή μπορεί να έχει 2,3,4, ή 5 επαφές. Επίσης χαρακτηρίζεται από τον αριθμό των θέσεων, δηλαδή μπορεί να έχει 2 ή 3 θέσεις. Οι δύο αριθμοί εκφράζονται κλασματικά. Για παράδειγμα, μια βαλβίδα με το χαρακτηρισμό 3/2, σημαίνει ότι έχει 3 επαφές και 2 θέσεις, ενώ μια βαλβίδα 5/2, σημαίνει ότι έχει 5 επαφές και 2 θέσεις. Έλεγχος κυλίνδρου απλής ενέργειας Για το έλεγχο κυλίνδρου απλής ενέργειας χρησιμοποιούμε συνήθως βαλβίδες 3/2. Όταν η βαλβίδα ενεργοποιηθεί, ο αέρας ρέει από την είσοδο P στο A, ενώ ταυτόχρονα κλείνει η πόρτα εξαέρωσης R. Το βάκτρο του κυλίνδρου μετακινείται στη θέση της έκτασης. Όταν η βαλβίδα απενεργοποιηθεί, επανέρχεται στην αρχική της θέση με τη βοήθεια του ελατηρίου της. Ο πεπιεσμένος αέρας που βρίσκεται στον κύκλο εξαερώνεται, διότι ρέει διαμέσου της σωληνογραμμής A προς R, ενώ ταυτόχρονα κλείνει η θύρα P. Το βάκτρο του κυλίνδρου επανέρχεται στην αρχική του θέση, δηλαδή στη θέση της σύμπτυξης.

Έλεγχος κυλίνδρου διπλής ενέργειας Για τον έλεγχο του κυλίνδρου διπλής ενέργειας, χρησιμοποιούμε βαλβίδα 5/2. Όταν η βαλβίδα 5/2 βρίσκεται στην κανονική της θέση, το P συνδέεται με το B και το A με το R. Ενώ όταν ενεργοποιηθεί, τότε το P συνδέεται με το A, και το B με το S, ενώ το βάκτρο του κυλίνδρου, από τη θέση της σύμπτυξης, μετακινείται στη θέση της έκτασης.

Ηλεκτροπνευματικά κυκλώματα Στα ηλεκτροπνευματικά κυκλώματα, το κύκλωμα ελέγχου είναι ηλεκτρικό και το κύκλωμα ενέργειας πνευματικό. Στο ηλεκτρικό κύκλωμα ελέγχου, χρησιμοποιούνται διακόπτες, ηλεκτρονόμοι, αισθητήρες, προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές και άλλα. Όλα αυτά ελέγχον συνήθως έναν ηλεκτρομαγνήτη, που βρίσκεται πάνω στο σώμα της βαλβίδας. Όταν ενεργοποιηθεί ο ηλεκτρομαγνήτης, ενεργοποιεί και τη βαλβίδα. Το ηλεκτρικό κύκλωμα ελέγχου σχεδιάζεται ξεχωριστά, όπως επίσης και το πνευματικό κύκλωμα.

Βηματικό διάγραμμα κινήσεων Διαγράμματα Κινήσεων Βηματικό διάγραμμα κινήσεων Στο βηματικό διάγραμμα κινήσεων, παριστάνεται η λειτουργική ακολουθία ενός στοιχείου, όπως για παράδειγμα, ενός κυλίνδρου. Στον κατακόρυφο άξονα παριστάνεται η κατάσταση, ενώ στον οριζόντιο τα βήματα εργασίας. Στο πιο πάνω σχήμα του βηματικού διαγράμματος παρατηρούμε τα ακόλουθα: (α) Από το βήμα 1 προς το βήμα 2, ο κύλινδρος κινείται από τη θέση της σύμπτυξης στη θέση της έκτασης. (β) Από το βήμα 2 μέχρι το βήμα 5, ο κύλινδρος παραμένει στη θέση της έκτασης. (γ) Από το βήμα 5 μέχρι το βήμα 6, ο κύλινδρος επιστρέφει στη θέση της σύμπτυξης

Χρονικό διάγραμμα κινήσεων Η διαφορά του χρονικού διαγράμματος για την παράσταση των κινήσεων ενός κυλίνδρου, από το βηματικό διάγραμμα, είναι ότι, στο χρονικό διάγραμμα ο οριζόντιος άξονας είναι ο άξονας του χρόνου, ενώ στο βηματικό παρουσιάζονται αριθμητικά τα διάφορα βήματα.