NOZIONI INTRODUTTIVE

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1 NOZIONI INTRODUTTIVE Aria: 78% azoto 20-21% ossigeno 1-2% gas rari e CO2 anidride carbonica (in continuo aumento) Pressione: l unità di misura della pressione è il Pascal. Corrisponde circa a 100gr/m2; oppure = 1N/m2.Si usano nel S.I. i multipli dell unità 105 Pascal = Pa = 1bar 1,01bar = ad 1 atmosfera (atm); 1bar = 10N/cm2. La pressione nei paesi anglosassoni si misura in psi = pond/square inc. (libra/pollice quadrato). Si distinguono 3 tipi di pressione: atmosferica, relativa, assoluta Atmosferica: è quella che gravita sempre sulla nostra testa = Pa. Relativa: è quella che c è all interno di un contenitore (gomma della bicicletta bombola ecc.) o sotto una colonna d acqua soprastante (subacquei). Assoluta: è la somma algebrica delle due precedenti. Pertanto la pressione è data: p= F/A dove p=pressione; F=forza espressa in N= Newton; A o S= area o superficie. ARIA COMPRESSA L aria compressa viene prodotta con macchine operatrici denominate compressori. In base al principio di funzionamento si distinguono compressori volumetrici e turbocompressori. In linea di massima i compressori volumetrici sono preferibili per piccole e medie portate e grandi e medie pressioni, mentre i turbocompressori sono più adatti per grandi portate e piccole pressioni. Compressori Volumetrici a pistoni turbocompressori rotativi Assiali a membrana a ingranaggi a lobi a palette radiali Tabella 1 In genere, prima del compressore, si pongono filtri di aspirazione e separatori di condensa. (Essiccazione dell aria nei grandi impianti). Dopo il compressore, refrigeratori, serbatoi di accumulo, valvole di non ritorno, valvole di intercettazione, manometri. Nei piccoli impianti e comunque prima di ogni circuito pneumatico, non deve mancare l FRL = filtro, regolatore e lubrificatore. Il filtro serve per abbattere particelle di polvere ancora in sospensione. Il regolatore serve per regolare la pressione d esercizio necessaria all impianto pneumatico. Il lubrificatore deve essere posto vicino alle parti in movimento dell impianto (valvole, attuatori ) e serve proprio per la loro lubrificazione. A valle del FRL si pone un sistema di distribuzione dell aria compressa. (Distributore con valvola di non ritorno.) ELEMENTI DI COMANDO E PILOTAGGIO PNEUMATICI Le valvole si dividono in: 1. Valvole distributrici; 2. Valvole di intercettazione; 3. Valvole unidirezionali; 4. Valvole di controllo della portata; 5. valvole di controllo della pressione; 6. Valvole speciali. Valvole distributrici: Servono per aprire, indirizzare o chiudere il flusso dell aria compressa negli impianti Elementi di pneumatica ed elettropneumatica pag. 1

2 pneumatici. Si caratterizzano per le vie d accesso e di uscita dell aria e per le posizioni che assumono a, b, c, ecc. Le entrate e le uscite dell aria sono indicate con numeri nel sistema DIN e con lettere maiuscole nel sistema I.S.O., SISTEMA DIN (tedesco) SISTEMA I.S.O.(internazionale) 1 = pressione in entrata P = pressione in entrata 2;4;6 = uscite a utilizzatori A;B;C = uscite a utilizzatori 3;5;7 = scarichi R;S;T = scarichi 12;14;16 = pressione tramite servopilota X;Y;Z = pressione tramite servopilota Tabella 2 Valvole di intercettazione Serve per aprire o chiudere il flusso dell'aria dell'intero impianto o parte di esso. Per questa funzione vengono utilizzate generalmente le valvole (o rubinetti) a sfera, che sono caratterizzate da un'elevata efficienza e facilità di manovra anche a distanza. Il flusso dell'aria è aperto o interrotto nelle due direzioni. Valvole unidirezionali o di non ritorno, valvole di blocco Le valvole unidirezionali o di non ritorno sono in grado di bloccare completamente il passaggio del fluido in un senso, mentre nell'altro senso il passaggio è permesso. Costituiscono l'elemento sinile al diodo per i circuiti elettrici. La chiusura può essere ottenuta mediante un cono, una sfera, un piattello o una membrana. Valvole di controllo della portata Le valvole regolatrici di flusso o di portata sono delle valvole che offrono una resistenza al passaggio dell'aria, la regolazione avviene per il fatto che l'aria è costretta a passare attraverso una strozzatura. La strozzatura è regolabile attraverso un otturatore conico mediante vite e manopola. Valvole di controllo della pressione Le valvole regolatrici di pressione hanno lo scopo di mantenere costante la pressione indipendentemente dal flusso di aria impiegato. Sono accoppiate generalmente ad un misuratore di pressione (manometro) e devono avere pressione in ingresso maggiore o al massimo uguale a quella di uscita. La regolazione della pressione avviene tramite una membrana su cui va ad agire una molla precaricata e regolata da una manopola Valvole speciali Valvole selettrici e prioritarie, valvole a scarico rapido, valvole temporizzate, ecc. VALVOLE DISTRIBUTRICI: TIPOLOGIA E COMANDO Nella figura sono indicate le principali valvole distributrici usate in pneumatica. Esse vengono indicate da 2 numeri: il primo indica il numero delle vie, il secondo il numero delle posizioni (cassetti) Elementi di pneumatica ed elettropneumatica pag. 2

3 Figura 1. Principali tipi di valvole pneumatiche L azionamento (commutazione) delle valvole può essere: Muscolare Meccanico Pneumatico Elettrico Si tenga presente che se esternamente, a destra della posizione a è collegata una molla di compressione, la valvola prende il nome di monostabile, altrimenti si definisce bistabile. ELEMENTI DI LAVORO PNEUMATICI ATTUATORI (comunemente chiamati Cilindri) Di attuatori ce ne sono di diversi tipi e svolgono funzioni specifiche in base alle caratteristiche costruttive. Il tipo di impiego leggero, industriale o pesante Diametro piccoli, medi o grandi Corsa breve o normale Funzionamento a semplice effetto o a doppio effetto Costruiti con cilindri: a pistone, a membrana, a stelo passante, a più posizioni, a cavo flessibile, antirotazione, senza stelo, a pistone e cremagliera ecc. ecc.- Figura 2. Cilindri attuatori Elementi di pneumatica ed elettropneumatica pag. 3

4 CIRCUITI PNEUMATICI ELEMENTARI Nella figura è rappresentato un cilindro a semplice effetto azionato da una valvola 3/2 ad azionamento manuale e ritorno automatico (molla) Figura 3 Nel caso di CDE una possibile soluzione è mostrata dalla figura 4 in cui sono impiegate valvole 3/2. Figura 4 L'impiego di due valvole, però, costituisce una complicazione al funzionamento, che può essere semplificato usando delle valvole 5/2 come riportato in figura 5 Figura 5 METODI GRAFICI PER LO STUDIO DEI COMANDI AUTOMATICI DESCRIZIONE DEL CICLO AUTOMATICO Per descrivere un ciclo di lavoro utilizzeremo le seguenti convenzioni, peraltro di uso abbastanza generalizzato: 1. Gli attuatori si indicano con le lettere maiuscole A, B, C,. 2. Il segno + che segue la lettera indica la corsa di andata (fuoriuscita dello stelo). 3. Il segno che segue la lettera indica la corsa di ritorno (rientro dello stelo). 4. Il ciclo può essere descritto indicando consecutivamente i movimenti delle varie fasi ; ad esempio: A+/B+/C+/A-/B-/C- 5. Qualora in una fase ci sia il movimento contemporaneo di più attuatori, questo dovrà essere indicato ponendolo necessariamente entro parentesi; ad esempio: A+/B+/C+/A-/(B-C-) Si tenga presente che ogni fase del ciclo può iniziare solo quando è terminata la fase precedente. In caso di corsa contemporanea di più cilindri si deve intendere che partono tutti assieme ma non necessariamente arriveranno nello stesso tempo. La velocità o le corse possono essere anche diverse. Elementi di pneumatica ed elettropneumatica pag. 4

5 DEFINIZIONE DEI SEGNALI DI COMANDO 1. I finecorsa relativi ad ogni attuatore si indicano con la lettera minuscola a, b, c seguite dal pedice 0 o 1 a seconda che lo stelo sia in posizione negativa o positiva, (rientrato o uscito). 2. La lettera m minuscola indica lo start (partenza) dell avvio ciclo (generalmente un pulsante per il ciclo singolo o un selettore per il ciclo automatico) DESCRIZIONE GRAFICA DELLA SEQUENZA La descrizione grafica di una sequenza permette di visualizzare immediatamente le fasi dei singoli cilindri in funzione del tempo. Nel grafico sono stati riportati anche i finecorsa che vengono attivati dalla fase precedente e che a loro volta comandano la fase seguente. Per esempio il finecorsa a1 è attivato dalla fase A+ e a sua volta attiva la fase seguente B+. Il comando di Start può essere realizzato in una delle diverse tipologie già viste a proposito del comando di un cilindro e si posiziona di solito in serie al finecorsa che dà inizio alla sequenza. Figura 6 STUDIO DEI SEGNALI DI COMANDO Per procedere alla realizzazione di un circuito, secondo un dato ciclo, è indispensabile studiare i vari segnali di comando. Questi possono essere essenzialmente di tre tipi: a) continui b) istantanei c) continui e bloccanti Un segnale si dice continuo quando resta attivo anche nella fase successiva a quella che lo ha generato. Il segnale del relativo finecorsa è un segnale continuo, che può essere non bloccante o bloccante. Un segnale si dice istantaneo quando si disattiva nella fase immediatamente successiva a quella che lo ha generato. Sono riconoscibili dal fatto che il pistone del cilindro non ha una linea di sosta (o, in modo equivalente, che la linea di sosta è ridotta ad un punto) Un segnale si dice bloccante quando il suo stato attivo impedisce la commutazione della valvola di potenza del cilindro da esso comandato, generando un segnale equivalente da tutte e due le entrate pilota (il segnale bloccante risulta attivo nella doppia corsa del cilindro comandato). Ora, non sempre i segnali generati dai finecorsa possono essere applicati direttamente alle elettrovalvole principali dei cilindri. In altre parole, non sempre il circuito di comando potrà essere realizzato seguendo le indicazioni delle equazioni di funzionamento. Consideriamo ad esempio la sequenza A+/B+/B-/Arappresentata nel diagramma sequenziale di figura. Elementi di pneumatica ed elettropneumatica pag. 5

6 Figura 7 Giunto a finecorsa positivo, lo stelo del cilindro A aziona il finecorsa (f.c.) a1 il cui segnale, dovendo provocare B+, è diretto verso il lato + dell'elettrovalvola principale di questo cilindro; B esce; a finecorsa, il segnale di b1 dovrebbe provocare l'arretramento dello stesso cilindro B, ma risulta inefficace, perchè l'elettrovalvola principale di B ha dall'altro lato il pilotaggio proveniente da a1 che si mantiene per le due fasi 2 e la sequenza si blocca. Segnali, come a1 qui analizzato, che risultano bloccanti per il proseguimento della sequenza si dicono, appunto, segnali bloccanti. Nel caso citato, sono bloccanti i segnali a1 e b0: a1 è presente durante la doppia corsa del cilindro che comanda: il cilindro B; b0 è presente durante la doppia corsa del cilindro che comanda: il cilindro A. Nel caso l'analisi del diagramma sequenziale metta in evidenza la presenza di segnali bloccanti, essi non potranno essere applicati alle elettrovalvole principali dei cilindri, ma dovranno subire una qualche forma di trattamento. Circuiti senza segnali bloccanti e senza movimenti contemporanei. Come si è detto, se una sequenza non presenta segnali bloccanti, i segnali di comando possono essere senz'altro applicati alle elettrovalvole principali di competenza. In altre parole, lo schema funzionale del circuito emerge dalla semplice applicazione delle equazioni di funzionamento. Seguendo le solite norme di rappresentazione, i cilindri si disegnano su una striscia orizzontale, da sinistra a destra secondo l'ordine di intervento nella sequenza: A,B nella posizione di inizio (macchina ferma) e aria in rete. Considereremo per primo il caso in cui siano assenti movimenti contemporanei. Supponiamo di volere lo schema funzionale del circuito per la citata sequenza: A+/B+/A-/B-. Dal diagramma sequenziale della figura iniziale si rileva che non sussistono segnali bloccanti. Si può dunque procedere utilizzando direttamente le equazioni di funzionamento del paragrafo. Si disegnano pertanto i due cilindri A, B (che supponiamo a doppio effetto) con i relativi distributori principali, nella posizione che assumono a macchina ferma e aria in rete. Poiché i primi movimenti dei due cilindri sono quelli d uscita, la configurazione iniziale è quella con pistoni tutto-dentro. Figura 8 Elementi di pneumatica ed elettropneumatica pag. 6

7 Circuiti senza segnali bloccanti e con movimenti contemporanei Se la sequenza senza segnali bloccanti comprende movimenti contemporanei il procedimento illustrato non cambia: un certo segnale di comando produrrà ora più di un movimento, anziché uno solo. Consideriamo ad esempio la sequenza precedente: A+/B+/(A-B-), la quale potrebbe essere la seconda soluzione del problema di sollevamento di pacchi verso un nastro trasportatore. Al solito, in assenza di segnali bloccanti, lo schema circuitale può essere dedotto con la diretta applicazione delle equazioni di funzionamento. I finecorsa che vengono azionati al termine dei movimenti contemporanei vengono posti in serie tra loro per ottenere la sicurezza che il movimento della fase successiva avvenga solo quando tutti i movimenti contemporanei si siano completati. Figura 9 Circuiti con segnali bloccanti Quando nella sequenza sono presenti segnali bloccanti, si può annullare i segnali bloccanti, alimentando i finecorsa solamente in certe fasi. La soluzione del problema si articola nelle seguenti fasi (si consideri il circuito di figura 7): 1 - La sequenza viene spezzata in più gruppi, ciascuno dei quali deve contenere un solo movimento per ogni cilindro: A + / B + / / B - / A 2 Ad ogni gruppo viene associato lo stato di una memoria M, per esempio memoria disattiva (m=0) per il primo gruppo e attiva (m=1) per il secondo. La memoria viene attivata con l'ultimo movimento della fase considerata e disattivata con l'ultimo movimento del ciclo. 3 Al circuito di funzionamento vengono inserite le memorie: contatto chiuso per la fase considerata, aperto per la fase successiva. Figura 10 Elementi di pneumatica ed elettropneumatica pag. 7