Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени

первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Механико-машиностроительный институт

Кафедра электронного машиностроения

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой электронного машиностроения

_____________И.Н. Тихонов

подпись

_________________ 2012 г.

дата

Разработка и исследование дискретных систем электропневмоавтоматики

Задания и методические указания к лабораторной работе № 2

по дисциплине «Технические средства автоматизации»

для студентов специальности

220301 – Автоматизация технологических процессов и производств

(в машиностроении)

Екатеринбург

2012

Задания и методические указания к лабораторной работе одобрены на заседании кафедры электронного машиностроения ___________ 2012 г., протокол № ____.

Общие сведения о электропневмоавтоматике, лабораторном стенде и правилах выполнения лабораторной работы

Данная лабораторная работа является продолжением работы «Исследование дискретных систем пневмоавтоматики» и выполняется на том же стенде Festo Didactic.

В системах электропневмоавтоматики для управления пневматическими приводными механизмами (цилиндрами) применяются распределители с электромагнитным управлением. Электрический блок управления принимает сигналы от кнопок, переключателей и датчиков, обрабатывает эти сигналы с помощью управляющих элементов (электромагнитных реле, реле времени, счётчиков и т.д.) и выдаёт выходные сигналы на электромагниты распределителей.

На лабораторном стенде все электрические элементы получают электрическое питание от источника с напряжением 24 В постоянного тока. Блок питания и другие электрические модули расположены в монтажной раме в верхней части стенда.

В лабораторной работе используются учебный комплект TP101 (из лабораторной работы по исследованию систем пневмоавтоматики) и учебный комплект TP102. Ниже рассматриваются элементы, входящие в этот комплект.

Элементы учебного комплекта tp-102

Источник электропитания лабораторного стенда

Рис.1.

На передней панели источника питания имеется разъём для сетевого кабеля (для подключение к питающей сети переменного тока 220 В, 50 Гц.), тумблер включения и гнёзда выходного напряжения 24В постоянного тока. Принято, что «минус» источника питания имеет нулевой электрический потенциал. Поэтому гнёзда выходного напряжения обозначены «+24V» и «0V».

На стенде применяются безопасные электрические разъёмы исключающие прикосновение к токоведущим частям при их присоединении и отсоединении.

Все соединения выполняются проводами, со штекерами на обоих концах провода. С обратной стороны каждого штекера имеется гнездо, к которому может быть подключен другой штекер. Таким образом, можно подключить любое количество проводов к одной точке схемы.

Провода имеют красный и синий цвет. Рекомендуется красными проводами соединять участки цепи, идущие к выводу «+24V» источника питания, а синими – к выводу «0V».

Сигнальный блок

Блок закрепляется в монтажной раме и содержит 4 кнопки, 4 лампы (встроенные в кнопки), гнёзда электрических выводов кнопок и ламп и гнёзда для разветвления напряжения питания «24V» и «0V», которые следует соединить с одноимёнными гнёздами блока питания.

Рис.2.

Верхняя кнопка имеет фиксатор, удерживающий её в нажатом состоянии. Для возврата кнопки необходимо повторно нажать на неё. Остальные три кнопки обладают свойством самовозврата (возвращаются в исходное состояние после отпускания под действием пружины).

С каждой кнопкой связаны два электрических контакта, один из которых нормально-разомкнутый, другой – нормально-замкнутый. Нормальное состояние кнопки – ненажатое. При нажатии нормально-разомкнутый контакт замыкается, нормально-замкнутый – размыкается.

Обозначение кнопок и ламп на электрических схемах:

Рис.3.

Блок реле

В блоке реле находится три электромагнитных реле. На гнёзда выведены выводы катушки реле и выводы контактов реле.

Рис.3.

У каждого реле 4 пары контактов; в каждой паре есть нормально разомкнутый и нормально-замкнутый контакт. Контакты переключаются при подаче напряжения на катушку реле и возвращаются в нормальное состояние при отключении питания катушки. Также на панель выедены светодиоды, сигнализирующие о наличии напряжения на катушке.

Обозначение электромагнитного реле на электрических схемах:

Рис.4.

Распределитель с односторонним электрическим управлением

Это 5/2-распределитель, который с одной стороны управляется электромагнитом, а с другой стороны имеет возвратную пружину (рис.5).

Рис.5.

Распределитель имеет два электрических гнезда (выводы катушки электромагнита) и три пневматических гнезда: 1 – питание, 2,4 – рабочие линии. В линиях выпуска 5 и 3 установлены глушители.

Рис.5.

Варианты схем управления с применением 5/2 распределителя с односторонним электрическим управлением:

• Управление цилиндром одностороннего действия (вариант 1).

Рис.6

При выключенном электромагните шток цилиндра втянут. Чтобы удерживать шток в выдвинутом положении необходимо, чтобы на катушку электромагнита было подано напряжение.

• Управление цилиндром одностороннего действия (вариант 2).

Рис.7.

При выключенном электромагните шток цилиндра выдвинут.

• Управление цилиндром двустороннего действия (вариант 1).

Рис.8.

При выключенном электромагните шток цилиндра втянут. Чтобы удерживать шток в выдвинутом положении необходимо, чтобы на катушку электромагнита было подано напряжение.

• Управление цилиндром двустороннего действия (вариант 2).

Рис.9.

При выключенном электромагните шток цилиндра выдвинут. Чтобы удерживать шток во втянутом положении необходимо, чтобы на катушку электромагнита было подано напряжение.

Распределитель с двусторонним электрическим управлением

Это 5/2-распределитель с двумя электромагнитами без возвратной пружины (рис.10). Пневматическая схема распределителя такая же, как у рассмотренного выше.

Рис.10.

Рис.11.

Данный распределитель не обладает свойством самовозврата. Если оба электромагнита выключены, то он может находиться в любой позиции. Поэтому он называется бистабильным распределителем. При подаче напряжения на обе катушки распределитель не сможет переключиться. Такая ситуация является ошибкой проектирования.

Схемы управления цилиндрами аналогичны схемам рассмотренным выше.

Электрические контактные выключатели

Рис.12.

Контактный выключатель (рис.12) имеет два электрических контакта (нормально-разомкнутый и нормально-замкнутый), которые переключаются при механическом нажатии на ролик. В лабораторной работе контактные выключатели используются для контроля достижения крайних положений штока цилиндра.

Пример расположения контактных выключателей:

Рис.13.

Герконовые выключатели

Герконовый выключатель срабатывает при попадании в магнитное поле. Внутри цилиндра на штоке установлен постоянный магнит. Выключатель закрепляется на корпусе цилиндра с помощью хомута и соединяется с электрической частью системы через разъём (рис.14).

Рис.14.

Герконовый выключатель имеет три электрических вывода – красный (для подключения к «+24V» источника питания), синий (для подключения к «0V» источника питания), черный (сигнальный вывод). При срабатывании герконового выключателя на чёрном выводе появляется напряжение «24 В» относительно нулевой точки схемы «0V».

Герконовый выключатель обладает свойством самовозврата. При исчезновении магнитного поля напряжение исчезает с сигнального вывода.

Пример электрического подключения герконового выключателя:

Рис.15.

Оптический датчик обнаружения объекта

Оптический датчик (рис.16) включает в себя источник и приёмник оптического излучения (инфракрасного диапазона). Приёмник получает оптический луч, отраженный от внешнего объекта (например, от наконечника штока цилиндра). При получении луча приёмник подаёт сигнал на замыкание транзисторного ключа, коммутирующего внешнюю электрическую цепь (цепь нагрузки).

Рис.16.

У оптического датчика используются три вывода: «24V» и «0V» подключаются к источнику питания, с вывода «Q1» снимается дискретный сигнал (наличие напряжения 24В или его отсутствие). Транзисторный ключ выполняет функцию нормально-разомкнутого контакта. Когда нет приёма оптического луча, ключ «разомкнут» и на выходе нет напряжения. Когда луч принимается, ключ «замкнут» и на выходе есть напряжение.

Схема подключения оптического датчика аналогична схеме подключения герконового датчика (рис.15). Обозначение оптического бесконтактного выключателя на электрических схемах:

Рис.17.

Перед использованием датчика требуется настроить его чувствительность при помощи отвёртки, поворачивая регулировочный винт на корпусе датчика. Поворот против часовой стрелки снижает чувствительность, а поворот по часовой стрелке повышает чувствительность. Для настройки чувствительности установите внешний объект в зону срабатывания. Поворотом регулировочного винта ослабьте чувствительность, чтобы оба светодиода, расположенные на корпусе датчика, погасли. Затем плавно повышайте чувствительность. Сначала загорится желтый светодиод, а затем зелёный. Остановите вращение регулировочного винта сразу же после загорания зелёного светодиода. Дальнейшее повышение чувствительности может привести к ложному срабатыванию датчика от посторонних предметов.

Программируемый измеритель давления

Измеритель давления (рис.18) объединяет в себе:

• Цифровой манометр (прибор показывающий давление);

• Датчик давления с выходным аналоговым сигналом 0…10В (не используется в данной лабораторной работе).

• Реле давления – дискретный датчик, срабатывающий при достижении заданного значения давления.

Рис.18.

Измеритель давления крепится к монтажной плите с помощью Т-образного болта и гайки. На корпусе имеется цифровой дисплей, кнопки программирования, электрический разъём и пневматическое гнездо для измеряемого давления.

Кнопка Edit предназначена для выбора редактируемого параметра, кнопки «↑» и «↓» - для изменения значения параметра. Для нажатия на кнопку Edit можно использовать тонкий шестигранный ключ, входящий в учебный комплект.

Пример схемы электрического подключения измерителя давления показан на рис.19. К электрическому разъёму подключается 4-проводной кабель. На другой стороне кабеля выведено 4 провода со штекерами. Красный и синий провода подключаются к источнику питания («24V» и «0V» соответственно). Чёрный провод – это сигнальный выход реле давления; белый провод – выход аналогового датчика давления.

Рис.19.

Пневматическая схема подключения измерителя давления к полости цилиндра:

Рис.20.