W procesach produkcji przemysłowej często zdarza się, że cylinder pneumatyczny musi wykonać ruch złożony: najpierw podejść do obrabianego elementu spokojnie i z ograniczoną siłą, a maksymalną siłę naciskać jest tylko w przypadku fizycznego kontaktu. Rozpoznawalnym przykładem praktycznym jest wiercenie przepływowe (Flowdrilling), gdzie obracający się trzpień musi najpierw delikatnie ograniczyć do metalowej rury lub płyty, zanim zostanie zastosowane pełne ciśnienie prasowe, aby odkształcić materiał.

Bez prawidłowego przełączania pneumatycznego często prowadzi to do niepewnych ruchów, niebezpiecznych sytuacji lub zaworów, które odmawiają przełączania. Poniżej krok po kroku wyjaśniamy, jak zbudować niezawodny dwustopniowy system ciśnieniowy, unikać typowych pułapek i w pełni zautomatyzować punkt przełączania za pomocą cyfrowego przełącznika ciśnieniowego.

1. Schemat pneumatyczny: Niska siła kontra pełne ciśnienie robocze

Jeśli chcesz pracować z dwoma różnymi poziomami ciśnienia (np. 0,5 do 1,5 bara podczas rozruchu i 6 barów podczas obróbki), wkrótce napotkasz mechaniczne ograniczenia standardowych zaworów.

Dlaczego wstępne ciśnienie przed ściśnieniem zaworu nie działa

Logicznym pierwszym pomysłem jest umieszczenie regulatora ciśnienia bezpośrednio przed głównym zaworem. W praktyce jednak powoduje to awarie:

• Większość zaworów 5/2 sterowanych pośrednio (sterowanych pneumatycznie) wymaga minimalnego ciśnienia sterującego około 2 barów dla niezawodnego przełączania.

• Jeśli obniżysz ciśnienie dowozowe przed zaworem do np. 0,5 bara, wewnętrzny mechanizm przesuwany nie może się przełączyć i zawór się blokuje.

Obwód obejścia wokół regulatora ciśnienia Prawidłowe ustawienie steruje zaworem 5/2 przy pełnym ciśnieniu sieciowym (ok. 6 barów). Przełączanie między dwoma poziomami ciśnienia zachodzi pomiędzy zaworem głównym a portem cylindra: Zawór 5/2-główny: Określa kierunek ruchu cylindra (chowanie lub wysuwanie). Reduktor ciśnienia z zaworem powrotnym: Dostosowuje dopływ powietrza do cylindra do bezpiecznego niskiego ciśnienia dopływu. Zintegrowany zawór powrotny zapobiega ciągłemu wydmuchiwaniu powietrza z regulatora zaraz po przyłożeniu wysokiego ciśnienia na rurę. Zawór obejściowy 2/2: Ten zawór jest zamontowany równolegle do regulatora ciśnienia. W spoczynku sprężone powietrze przepływa przez regulator (niskie ciśnienie). Gdy zawór 2/2 zostaje zasilony, powietrze omija regulator ciśnienia i cylinder natychmiast otrzymuje pełne ciśnienie sieciowe 6 barów. Ważna wskazówka sterująca suwem powrotnym: Gdy cylinder cofa się po obróbce, musi być możliwe odpowietrzenie powietrza z komory roboczej przez wylot zaworu 5/2. Ponieważ zawór zwrotny blokuje ten przepływ powrotny przez regulator ciśnienia, zawór obejściowy 2/2 musi pozostać zasilany, dopóki butla nie wróci całkowicie do pozycji wyjściowej.

 

2. Ciśnienie versus przepływ: Zapobieganie efektowi ślizgania się patyczki

Częstym błędem przy balansowaniu butli sprężonego powietrza jest użycie ciśnienia do określenia prędkości. Jednak są to dwie zasadniczo różne wielkości fizyczne:

• Ciśnienie (bar): Określa jedynie siłę przyłożoną na korbowód tłokowy.

• Przepływ / Przepływ (l/min): Określa objętość powietrza przepływającego do lub wychodzącego pomieszczenia na minutę, a tym samym określa liniową prędkość cylindra.

Dlaczego cylinder będzie się "zacinał" przy 0,5 bara

Gdy cylinder jest ustawiony na bardzo niskie ciśnienie około 0,5 bara, często występuje tzw. efekt przesunięcia się drążka. Tłok porusza się wtedy do przodu, szarpiąc się lub zacinając się.

Wynika to z faktu, że tarcie statyczne (siła pękania) wewnętrznych uszczelek cylindrów jest wyższe niż dynamiczne tarcie ślizgowe. Cylinder gromadzi dokładnie tyle ciśnienia, by się poluzować, trochę strzela, traci ciśnienie, zatrzymuje się i musi znowu narastać.

Rozwiązanie: Przepływ przepustnicy, zwiększenie ciśnienia

Aby zapewnić płynny, powolny ruch bez szarpnięć, podziel siłę i szybkość:

• Użyj zaworu regulacji prędkości (regulatora przepływu) na kanale cylindra, aby zmniejszyć przepływ powietrza (litry na minutę).

• Zwiększ ciśnienie początkowe za pomocą wtórnego regulatora z na przykład 0,5 bara do około 1,5 bara.

Daje to cylindrowi wystarczającą rezerwę mocy, by bez wysiłku pokonać tarcie uszczelek, a regulowany przepływ zapewnia płynny i stały ruch korbowodu tłoka w kierunku obrabianego elementu.

 

3. Automatyczne przełączanie z cyfrowym wyłącznikiem ciśnieniowym

W prostych konfiguracjach operator najpierw obsługuje przycisk do rozruchu, a następnie drugi przełącznik otwierający obejście 2/2 dla suwu roboczego. Jednak aby proces produkcji był niezawodny i szybki, należy zautomatyzować tę zmianę od razu po kontakcie z produktem.

Zasada działania

Dopóki korbowód tłokowy porusza się do przodu bez przeszkód, w komorze cylindra powstaje stałe ciśnienie dynamiczne, które jest równe oporowi tarcia cylindra i mechanizmu.

Gdy tylko końcówka dotyka materiału, ruch liniowy nagle ustaje. Ponieważ sprężone powietrze nadal przepływa do komory przez regulator, ciśnienie wzrasta do maksymalnej wartości ustalonej w regulatorze w ułamkach sekundy. Ten nagły wzrost ciśnienia jest idealnym sygnałem do aktywacji obejścia.

Integracja cyfrowego czujnika ciśnienia

Dzięki kompaktowemu cyfrowemu wyłącznikowi ciśnieniowemu (np. DPS43P30) to przejście można wykryć bezpośrednio:

• Łatwy montaż: Czujnik umieszczany jest bezpośrednio w linii roboczej między sekcją obejścia a portem cylindra za pomocą wkładanego elementu T.

• Przetwarzanie sygnału: Czujnik wymaga zasilacza 24V i posiada regulowane wyjścia przełączania PNP i/lub analogowe wyjście 4-20 mA do komunikacji z PLC.

• Ustawianie punktu przełączania: Pożądaną wartość progową można zaprogramować bezpośrednio na wyświetlaczu cyfrowym, przy czym wyjście PNP przełącza i steruje cewką zaworu 2/2.

Niezawodność i przepustowość

Dla bezproblemowej pracy niezbędne jest, aby czujnik nie uruchamiał się zbyt wcześnie podczas napełniania rury i ruchu startowego.

Dlatego należy użyć wystarczającej szerokości pasma pomiędzy dwoma poziomami ciśnienia:

• Upewnij się, że ciśnienie dynamiczne potrzebne do przesunięcia cylindra pozostaje znacznie poniżej punktu przełączania.

• Ustaw punkt przełączania czujnika tuż poniżej maksymalnego ustawienia regulatora ciśnienia wtórnego.

• Im większa różnica ciśnień między suwem swobodnym a końcowym oporem dla materiału, tym dokładniej i mniej czuły jest system na szczyty ciśnienia w sieci sprężonego powietrza.

Przegląd komponentów tego systemu

Do budowy tego układu potrzebne są następujące podstawowe komponenty:

Składnik Zawór 5/2-elektromagnesowy Pneumatyczny regulator ciśnienia Zawór zwrotny typu plug-in Zawór 2/2-elektromagnetyczny Zawór regulacji prędkości Cyfrowy przełącznik ciśnienia Sprzęgło T-wsuwane i wąż PU

Funkcja w systemie Kierunkowa kontrola cylindra (chowanie i wysuwanie) przy ciśnieniu sieciowym (ok. 6 barów) Zmniejsza sprężone powietrze podczas fazy rozruchu (np. 1,5 bara). Zapobiega wyłączeniu regulatora ciśnienia przy włączeniu na 6 barów. Funkcja obejścia, aby zwolnić pełne 6 taktów w odpowiednim momencie. Precyzyjne ograniczenie przepływu (l/min) dla płynnego ruchu. Wykrywa skok ciśnienia przy kontakcie z obrabianym elementem i kontroluje obejście. Dla szybkiej i bezprzeszczelnej integracji czujnika z rurą roboczą.

Mechanicznie rozdzielając siłę i prędkość, zapobiegasz zacinaniu się cylindrów oraz uszkodzeniom narzędzi lub obrabianych elementów. Połączenie sterowania obejściem i cyfrowego czujnika ciśnienia zapewnia kompaktowy, niezawodny etap automatyzacji bez potrzeby stosowania ciężkich zewnętrznych wyłączników granicznych czy skomplikowanych czujników mechanicznych.

 

Najczęściej zadawane pytania – FAQ 1. Dlaczego zawór 5/2 sterowany pośrednio blokuje się przy niskim ciśnieniu wlotowym? Zawory 5/2 sterowane pośrednio wymagają co najmniej około 2 barów wewnętrznego ciśnienia sterującego. Przy niższym ciśnieniu docieradowym (np. 0,5 bar) wewnętrzny mechanizm przesuwany nie może się poruszać, a zawór się blokuje. 2. Jak zbudować kontrolę dwuciśnieniową, aby bezpiecznie się rozruchować? Steruj zaworem 5/2 przy pełnym ciśnieniu sieciowym (ok. 6 barów). Umieść regulator ciśnienia z zaworem powrotnym dla niskiego ciśnienia rozruchowego pomiędzy tym zaworem a portem cylindra, a równolegle zawór obejściowy 2/2 do włączania pełnego ciśnienia roboczego. 3. Dlaczego cylinder pneumatyczny zacina się przy niskim ciśnieniu (efekt przesunięcia drążka)? Jeśli ciśnienie jest zbyt niskie (np. 0,5 bara), statyczna siła odrywająca uszczelki jest większa niż tarcie ślizgowe. Cylinder za każdym razem na chwilę przesuwa się do przodu, zatrzymuje się, gdy ciśnienie spada, i powtarza to w zaskakującą formę. 4. Jak rozwiązać efekt poślizgu się patyczka przy powolnym ruchu cylindra? Oddziel siłę od prędkości: zwiększ ciśnienie początkowe do około 1,5 bara, aby pokonać tarcie uszczelek, i zwiększ prędkość za pomocą zaworu regulującego prędkość (regulatora przepływu) na kanale cylindra. 5. Jak cyfrowy przełącznik ciśnienia wykrywa kontakt z obrabianym elementem? Gdy cylinder dotyka obrabianego elementu, ruch zatrzymuje się, a ciśnienie w komorze natychmiast wzrasta do maksymalnej wartości rozruchowej. Przełącznik ciśnienia mierzy ten nagły skok i kontroluje 2/2 obejścia przez pełne 6 barów.

 

Powrót do stron wiedzy