PNEUMAATILISED JUHTIMISKOMPONENDID

Pneumaatiliste juhtimiskomponentide klassifikatsioon

Pneumaatiliste täiturite rakendamiseks on vajalikud juhtimiskomponendid, millede ülesandeks on vajalike juhtimissignaalide tekitamine, täiturite liikumiskiiruse, suruõhu rõhu reguleerimine ja muude juhtimisoperatsioonide täitmine pneumosüsteemides. Juhtimiskomponendid on (Joonis 6.1):

Joonis 6.1. Pneumaatilised juhtimiskomponendid

Pneumojaotid

Pneumojaotid on pneumokomponendid, mille abil muudetakse suruõhu liikumisteekonda pneumotorustikes.
Pneumoskeemides kujutatakse pneumojaoteid tingmärkidena, milles ei kajastu pnumojaoti ehitus, vaid ainult nende poolt täidetav funktsioon.

Joonis 6.2.Pneumojaotite näited

Pneumojaotite tingmärgid

Pneumoskeemides kujutatakse pneumojaoteid tingmärkidena, milles ei kajastu pnumojaoti ehitus, vaid ainult nende poolt täidetav funktsioon. Pneumojaotite tingmärgid vastavad standardile ISO 1219-1

Nullasendiks nimetatakse (nt. vedruga tagastuval pneumojaotil) seda asendit, milles paiknevad pneumojaoti liikuvad osad, kui pneumojaoti ei ole rakendunud olekus.

Lähteasendiks nimetatakse asendit, millisesse liiguvad pneumojaoti liikuvad osad, kui pneumoskeem, millesse ta on lülitatud, ühendatakse pneumovõrku ja millest algab pneumoseadme töötsükkel.

Liiteid kujutatakse lähtasendist

Pneumojaoti sisemisi liiteid kujutatakse punktiga kanalite ühenduskohas

Pneumojaoti tööasendit kujutatakse ruutudena
Ruutude arv määrab ara pneumojaoti tööasendite arvu
Pneumojaoti sisemised ühendused kujutatakse õhu voolusuunda osutavate nooltega
Suletud avasid tähistatakse risti joonega
Liiteid kujutatakse null või lähtasendis

Pneumojaoti tähistuses näitab esimene number pneumojaoti avade arvu (väljaarvatud juhtimisavad) ja teine number pneumojaoti tööasendite arvu.

Näide: 3/2 pneumojaoti 3 ava 2 asendit (Joonis 6.3):

Joonis 6.3. 3/2 Pneumojaoti avade ja asendite arv Joonis 6.4. Nupuga juhitava 3/2 pneumojaoti alg- ja rakendunud olek Joonis 6.5. Algasend

Selleks, et määratleda pneumojaoti avasid, kasutatakse järgnevaid avade tähistussüsteeme DIN ISO 5599-3 (Joonis 6.6):

Tähed		Ava nimetus	Numbrid
	P	Toide	1
	A,B,C	Tööväljund	2,4,6
	R,S,T	Tühjenemine	3,5,7
	X,Y,Z	Juhtava	10,12,14

Joonis 6.6. Avade tähistus

Pneumojaotite juhtimismeetodid

Juhtimisviisi poolest eristatakse pneumojaoteid:

• Pideva juhtimisega
  Pneumojaoti on rakendunud asendis nii kaua, kuni kestab juhttoime: kas manuaalne, pedaaliga, mehaaniline, pneumaatiline, elektriline. Lülitus lähteasendisse toimub kas manuaalselt või vedruga. Neid pneumojaoteid nimetatakse ka monostabiilseteks.
• Impulssjuhtimisega
  Pneumojaoti viimiseks uude asendisse mõjutatakse jaotit juhtsignaaliga suhteliselt lühikese aja vältel (impulsiga). Peale juhtsignaali lõppemist jääb jaoti uude asendisse. Pneumojaoti muudab oma asendit alles uue juhtimissignaali toimel. Neid pneumojaoteid nimetatakse ka bistabiilseteks.

Pneumojaotite juhtimiseks kasutatakse järgnevaid tingmarke mis vastavad standardile DIN ISO 1219:

• Manuaalne

  • Üldtähis

  • Surunupp

  • Lukustav hoob

  • Pedaal

• Mehaaniline:

  • Tagastusvedru

  • Keskele viiv vedru

  • Rulllik

  • Ühesuunaline rullik

• Pneumaatiline:

  • Otsene juhtimine

  • Kaudne juhtimine

• Elektriline:

  • Ühe mähisega

  • Kahe mähisega

• Kombineeritud:

  • Kahe mähisega,
    kaudne juhtimine võimendusega (käsijuhtimise võimalus)

Pneumojaotites kasutatakse väga erinevaid juhtimismeetodeid: mehaaniline, pneumaatiline, elektromagnetiga või kombineeritud (kasutatakse erinevaid meetodeid nt. juhtimine pneumaatiliselt ja mehaaniliselt).

Kasutaja vaatevinklist on oluline eristada vahetut juhtimist ja võimendusega juhtimist.

Vahetu juhtimise korral kantakse juhttoime pneumojaoti klappidele või siibritele üle vahetult. Antud juhtimise puuduseks on see, et suuremate pneumojaotite juhtimiseks vajalik juhtimisenergia peab olema suhteliselt suur (jõud nuppude või tõukurite liigutamiseks, elektromagneti võimsus jne). Samal ajal on aga plussiks see, et nad on tundetud tüüritava õhurõhu suhtes.

Võimendusega juhtimise korral juhitakse nn abijaotit, mille kaudu omakorda toimub pneumojaoti tegelik juhtimine.

Pneumojaotite näited

4/2 – pneumojaoti, ümberlülitav

3/2 – pneumojaoti, normaalasendis avatud

4/3 – pneumojaoti, keskasendis tühjenev

2/2 – pneumojaoti, normaalasendis suletud

5/3 – pneumojaoti, keskasendis avatud

Pneumoskeemi kujutamine

Pneumaatika protsessi skeem joonestatakse kindlate reeglite järgi (Joonis 6.7):

Joonis 6.7. Pneumoskeemi kujutamine

Pneumokomponentide numeratsioon on järgmine:

Grupp 1,2,3... – individuaalsed kontrollahelad (silindrite kaupa)

Grupp 0 – energiajaotuselemendid

.1 – peajuhtelement

.2,.4,.6,...(paarisnr.)- kõik elemendid, mis avaldavad mõju (+) liikumisele

.3,.5,.7,...(paaritud) - kõik elemendid, mis avaldavad mõju (-) liikumisele

.01,.02,... – kõik elemendid, mis on juht-ja tööelemendi vahel (drosselid) 

Pneumojaotite ehitus (Klappjaotid; Siiberjaotid)

Pneumojaoti konstruktsioon määrab ära pneumojaoti tööea, tema juhtimise, liidete konstruktsiooni ja mõõtmed. Kuigi pneumojaotite konstruktsioon areneb pidevalt on praegu laiemalt kasutusel järgmist tüüpi pneumojaotid:

• Klappjaotid:
  • kuulklapiga
  • plaatklapiga
• Siiberjaotid:
  • kolvig,
  • plaadiga
  • pöördsiibriga jaotid

Klappjaotid

Antud pneumojaotites toimub õhu liikumissuuna muutmine avatava ja suletava kuulklapi või plaadi toimel. Klapi tihendamine toimub üldjuhul elastsete tihendite kasutamisega. Seda tüüpi pneumojaotites on suhteliselt vähe liikuvaid detaile, tänu millele on nende tööiga pikk, ning nad on suhteliselt tundetud mehaanilistele lisanditele suruõhus. (Joonis 6.8; Joonis 6.9; Joonis 6.10)

Juhtimiseks vajalik jõud on suhteliselt suur, kuna pneumojaoti asendi muutmiseks tuleb ületada sisseehitatud vedru ja juhitava õhuvoolu rõhust tingitud jõud. [6]

Kuulklapiga pneumojaotid on oma ehituselt lihtsad, väiksemõõtmelised ja seetõttu ka odavad.

Joonis 6.8. Mehaaniliselt juhitav 3/2 klappjaoti Joonis 6.9. Mehaaniliselt juhitav 4/2  taldrikklappjaoti

Klappjaotid on kindla tihedusega ja tolerantsed mustuse suhtes.

Joonis 6.10. Pneumojaotid

Siiberjaotid

Võrreldes klappjaotitega iseloomustab siiberjaoteid suurem läbivool, kuid samal ajal on neil suurem ümberlülitumise aeg. Samuti ei ole nad nii hea tihendusega kui klappjaotid. Antud pneumojaotites on kasutusel liuguvad tihendid. Selleks, et vähendada tihendite kulumisest põhjustatud suruõhu leket, kasutatakse nendes pneumojaotites ühelt poolt õhuvoolu juhtimist siibriga, kuid tihenduses kasutatakse klappjaotite juures kasutatavaid konstruktsioonipõhimõtteid (Joonis 6.11; Joonis 6.12). [6]

Joonis 6.11. Mehaaniliselt juhitav 3/2 siiberjaoti Joonis 6.12. Pneumaatiliselt juhitav 5/2 siiberjaoti

Siiberjaotid on kasutusel suurtel voolukiirustel või kui on vaja kasutada väikest jõudu

Bi- ja monostabiilne pneumojaoti. Kahepoolse toimega e. bistabiilne jaoti. Juhtsignaal muudab jaoti seisundit. Signaali katkestamisel jaoti säilitab seisundi (Joonis 6.13). Ühepoolse toimega e. monostabiilne jaoti. Juhtsignaal muudab jaoti seisundit. Signaali katkestamisel jaoti tagastub normaalseisundisse (Joonis 6.14).

Pneumojaotite vooluväärtused

Rõhukadu ja õhu voolukiirus on kasutaja jaoks tähtsad näitajad. Pneumojaoti valik sõltub:

• silindri mahust ja kiirusest
• nõutavast lülitussagedusest
• lubatavast rõhulangusest

Pneumojaotitel on määratud nominaalne voolukiirus. Vooluväärtuste arvutamisel tuleb arvestada mitmete teguritega. Need tegurid on:

• p1 rõhk jaoti sisendis (kPa või bar)
• p2 rõhk jaoti väljundis (kPa või bar)
• Δp diferentsiaalrõhk ehk rõhkude vahe (p1 – p2) (kPa või bar)
• T1 temperatuur (K)
• qn nominaalne voolukiirus (l/min)

Mõõtmise ajal liigub õhk ühesuunaliselt läbi pneumojaoti. Mõõdetakse sisend- ja väljundrõhku ning õhuvoolukiirust.

Pneumojaoti voolu nominaalväärtuste kohta leiab andmeid tootja tootekataloogist. [6]

Pneumojaotite paigaldamine ja töökindel toimimine

Lisaks pneumojaoti hoolikale valimisele on heade lülitusomaduste, stabiilse töö ning lihtsa juurdepääsu ning hooldamise tagamiseks väga oluline ka selle õige paigaldus. See kehtib nii juht - kui jõulülitusteks  mõeldud jaotite kohta. Hooldus ja parandusoperatsioone lihtsustab oluliselt:

• komponentide süstemaatiline nummerdamine
• kirjeldavate siltide kasutusele võtmine
• sisukas ja kõikehõlmav dokumentatsioon

Käsijuhitavatele sisendsignaalideks mõeldud pneumojaotid paigaldatakse enamasti kontrollpaneelile või –lauale. Sellest tulenevalt on mugav ja otstarbekas kasutada jaoteid, mida saab kombineerida erinevate nuppude ja hoobadega. Erinevateks sisendfunktsioonideks on saadaval lai valik baasjaotiga kombineeritavaid elemente. Kontrollelementidena toimivad pneumojaotid juhivad pneumaatiliste jõuelementide tööd. Nende ehitus peab tagama täiturite kiire reageerimise antud signaalile. Jõuelemendina toimiv pneumojaoti peab seega olema täiturile nii lähedal, kui võimalik, et voolikute pikkusest tulenevad viited hoida nii lühikesed, kui võimalik. Ideaalis peaks pneumojaoti olema täiturisse sisseehitatud. Selle täiendav eelis oleks lihtsam ja kiirem paigaldus ning see, et kulub vähem ühenduskomponente.

Juhtahela töökindel toimimine on tugevas sõltuvuses lõpulülititena kasutatavate pneumojaotite õige paigaldusega Nende paigaldamisel tuleb silmas pidada edaspidise seadistamise võimalikkust ja lihtsust, et tagada nende õigeaegne lülitumine olenevalt silindri liikumisest. [6]

Pneumaatiline loogika

Pneumaatiline juhtsignaal. Pneumaatikas võib juhtsignaali olekut lühidalt kirjeldada kahendarvudega 0 ja 1, mis vastab loogilistele väärtustele: kui pneumojuhtsignaal on olemas (suruõhk on olemas), siis loogiline seis  loetatakse loogiliseks üheks; kui juhtsignaal puudub, siis loogiline seis on null.

Tõeväärtustabel.
Igal loogikaelemendil on oma tõeväärtustabel, mis kirjeldab elemendi tööpõhimõtet. See näitab, milline on elemendi väljundi (A) olek erinevate sisendite (X, Y) olekute kombinatsioonide korral.

Pneumaatiline NING (AND) loogikaelement

Pneumaatilise loogikaelemendis on liikuv tihenditega klapp, mis saab kinni panna korraga vaid üht kahest sisendavast. Sisendjuhtsignaaliga pannakse sama sisendülemiku ava kinni kuhu saabub juhtsignaal. Selle tulemusena väljundis on signaal ainult siis kui mõlemal sisendil on signaal, sellepärast et elemendi klapp ei ole võimeline kinni panemaa korraga mõlemat sisendit.

Pneumaatiline VÕI (OR) loogikaelement

Loogiline VÕI element on ehitatud nii, et juhtsignaali saabumisel ükskõik millisesse sisendisse ilmub väljundisse juhtsignaal. See loogika vastab skeemile, kus elemendid on ühendatud paralleelselt. Samas ei tohi pneumaatilisi elemente paralleelselt ühendada, sest sedasi lastaks nende väljund teise elemendi kaudu välja.

Pneumaatiline EI (NOT) loogika

EI loogika muudab juhtsignaali väärtuse vastupidiseks. Näiteks, kui sisendil juhtsignaal puudub (loogiline 0), siis EI loogika väljundis on suruõhk olemas (signaali väärtus on loogiline 1). Juhtsignaali väärtuse vastupidiseks muundamist nimetatakse inverteerimiseks (Negation- saksa.).

Eraldi pneumaatilist EI loogikaelementi ei ole. Selle ülesannet võib täita pneumoelement, mis on lähteasendis läbivoolava õhuga, näiteks pneumojaoti 3/2. Aga praktikas on palju levinud normaalselt suletud läbivooluga pneumojaotid. Nende juhtsignaali inverteerimiseks saab kasutada pneumaatiliselt juhitavaid 5/2 jaoteid (Joonis 6.17).

Pneumaatilised aegreleed (taimerid)

Positiivsest frondist rakenduv taimer

Normaalselt suletud

Kui monostabiilse pneumojaoti sisendavasse paigaldada sissevoolu drossel, siis juhtsignaali andmisel ei muuda pneumojaoti oma asendit momentaalselt, vaid hilinemisega, surve aeglase suurenemise tõttu juhtkambris (mahutis). Jaoti rakendumise viivitus sõltub drosseli reguleerimisest ja kambri mahust.[6]

Juhtsignaalil on olemas nii tõusev (positiivne) kui ka langev (negatiivne) front. Sellel viitega jaotil on sisendsignaali positiivse frondi viivitus. See tähendab, et selle jaoti väljundis ilmub signaal hilinemisega sisendsignaali positiivsest frondist.

Juhtsignaali maha võtmisel kaob ka väljundsignaal, sest õhk lastakse välja momentaalselt mittetagasivoolava klapi kaudu.

Tegu on kõige sagedamini esineva pneumaatilise taimeriga.

Normaalselt avatud

Taimeri põhimõte on sama mis eelmisel, aga väljundsignaal on vastupidine.

Normaalolekus on taimeri väljundis pidevalt pneumaatiline signaal. Kui taimeri sisendisse anda juhtsignaal, siis pärast viivitusaja möödumist taimeri väljundist signaal kaob. Kui juhtsignaal taimeri sisendist kaob, siis tuleb taimeri väljundisse koheselt väljundsignaal tagasi.

Negatiivsest frondist rakenduv taimer

Normaalselt suletud

Selle elemendi erinevus positiivsest frondist rakenduvast taimerist on selles, et mittetagasivoolava klapi suund on teine. Õhk satub jaoti mahutisse ilma takistuseta – täidab selle peaaegu momentaalselt, aga juhtsignaali eemaldamisel drossel pidurdab suruõhu väljavoolu mahutist. Tänu sellele püsib jaoti teatava aja rakendunud asendis. Teiste sõnadega toimub jaoti väljundsignaali hilinemine sisendsignaali negatiivsest frondist.[6]

Kuna jaoti püsib rakendunud asendis peale juhtsignaali eemaldamist, siis võib öelda, et see element on mäluga. See  tähendab, et sellise elemendi võib koostada positiivsest frondist rakenduva taimerist ja bistabiilsest jaotist.

Normaalselt avatud

Põhimõte sama, mis eelmisel, aga väljundsignaal on vastupidine.

Normaalolekus on taimeri väljundis signaal. Kui taimeri sisendisse anda signaal, siis peaaegu koheselt kaob väljundsignaal. Väljundsignaal ei taastu enne, kui taimeri mahuti on läbi drosseli tühjenenud. Tühjenemine algab pärast sisendsignaali kadumist.

On olemas ka spetsiaalsed viitega jaotite tüübid, kus kasutatakse näiteks koos nii positiivse kui ka negatiivse frondi viituse printsiipi.

Kiiruse reguleerimine

Joonis 6.19. Kiiruse reguleerimine

• Toide lülitatakse peale
• Drosselit reguleeritakse kuni manomeeter 1 näitab 6bar ja manomeeter 2 näitab 5bar
• Vooluhulka mõõdetaks vooluhulga mõõteseadmega
• Seega nimivooluhulk antakse mingi kindla sisendrõhu ja rõhulangu juures, antud juhul vastavalt 6bar ja 1 bar, ning ilma ühendusliitmikuteta.

Drossel ja mitte-tagasivooluklapp

Drosseleid kasutatakse läbivoolava õhu hulga reguleerimisel, näiteks pneumaatilise ajami liikumiskiiruse‐ või pöörlemiskiiruse vähendamiseks. Drosseli reguleeritava kruvi abil vähendatakse läbilaske ava läbimõõtu, sellega suurendatakse pneumoahela takistust ehk vähendatakse õhuvoolu. Drosseli kasutamisel muutub silindri kiirus nii väljakui ka tagasisuunas.
Selleks, et muuta pneumoajami kiirust ainult ühes suunas kasutatakse koos drosseliga teist elementi ‐ mittetagasivooluklapp. See klapp on ühendatud paralleelselt drosseliga, mis annab võimaluse muuta õhuvoolu ainult ühes suunas.

Joonis 6.20. Drosseli ehitus

Drosseleerimise viisid

Drosseli kasutamine koos tagasilöögiklapiga annab võimaluse muuta ajami kiirust samas suunas kahel viisil. Selleks, et täpselt eristada neid drosseleerimisviise, on vaja täpsustada silindri liikumise sooritamisel õhu sisse‐ ja väljavoolu suunda silindrist.

Sissevoolu drosseleerimine

Sellel drosseleerimisviisil takistatakse õhu sissevoolu silindrisse. Silindri kolvi stardil rõhk töökambris suureneb aeglaselt. Piisava rõhku korral hakkab silinder liikuma, millele järgneb silindri töökambri mahu suurenemine. Sellega samal ajal väheneb surve töökambris. See tähendab, et õhusurve silindri töökambris jääb muutmata madalale tasemele kolvi väljumisel seni kui kolvile ei hakka mõjuma vastujõud. Selle tulemusena saab kergelt muuta kolvi asendit välisjõuga.
Drosseleerimisel muudetakse ka silindri reaktsiooniaega koormuse muutusel.

Väljavoolu drosseleerimine

Sellel drosseleerimisviisil takistatakse õhuväljavoolu silindrist. Silindri stardil õhusurve töökambris suureneb väga kiiresti, sest teises kambris tekib suure õhusurve drosseli takistuse pärast. See tähendab, et õhusurve silindri töökambris jääb muutmata suuremale tasemele. Selle tulemusena silindri kolb muudab oma asendit ainult suure välisjõu mõjul, sest silindri kolb liigub survega mõlemalt poolt (Joonis 6.22).

Drosseldatakse silindrist väljuvat õhku Tulemus: Sujuvam liikumine, täpsem reguleering, muutva koormusega ühtlasem kiirus.

Drosseli võib ühendada:

Pneumaatilised vaakumseadmed

Kui õhk voolab, siis ta moodustab õhuvoolu. Õhuvoolu mõõdetakse litrites ühes minutis.

Q = A v ,

A - pindala

V - õhuvoolu kiirus

A = π R² - toru pindala

v = L / t - õhuvoolu kiirus

Õhuvool on töömeedia. Ta omab energiat, mida võib tarbija juures muundada kasulikuks mehaaniliseks energiaks.

Joonis 6.26. Õhuvool torus.

Kuna toru, milles voolab õhk, on erinevate läbimõõtutega , siis õhuvoolu kiirus on ka erinev. Mida kitsam on toru, seda suurem on õhuvoolu kiirus.

Õhuvoolu energia ei sõltu torude läbimõõdust.

See tähendab et, õhuvool omab ühist energiat, mida võib jagada kahte ossa: potentsiaalne - ja kineetiline energia. Õhu potentsiaalne energia sõltub õhusurvest ,aga kineetiline - õhukiirusest. Mida suurem on õhuvoolu kiirus, seda väiksem on õhusurve (Joonis 6.27).

Joonis 6.27. Õhuvoolu liikumiskiiruse ja rõhu suhe

Kõige madalam rõhk on toru keskmises osas.

Mis juhtub, kui me teeme sinna ava: kas õhuvool voolab välja või sisse?

Vastus: õhk voolab suurema surve poolt väiksema poole: kui rõhk keskmises osas on väiksem kui välisõhu surve, siis õhuvool läheb sisse ja vastupidi.

Sellel printsiibil töötab vaakuumseade

Joonis 6.28.Vaakumgeneraatorid ja nende tingmärgid