Mechatronika-całość.docx

(2594 KB) Pobierz

Czujniki zbliżeniowe to bardzo rozpowszechniona w przemyśle grupa urządzeń

mechtronicznych. Podstawowym zastosowaniem jest wykrywanie i detekcja obecności

przedmiotów, materiałów lub cieczy bez fizycznego bezpośredniego kontaktu z nim

samym. Mogą to być stopy metaliczne, różnego rodzaju taśmy, ciecze, materiały sypkie,

produkty ceramiczne itp. Jako zaletę można wymienić również brak części mechanicznych i

ruchomych przez co stają się praktycznie bezobsługowe, a zjawisko zużywania nie występuje.

Sygnał generowany przez czujniki ma postać binarną 0 lub 1. Zmiana stanu następuje w

pewnej odległości charakterystycznej dla budowy i wielkości każdego czujnika.

Czujnik indukcyjny

Do wykrywania elementów metalicznych najlepiej nadają się czujniki indukcyjne.

Działają bardzo dobrze w ciężkich warunkach, w miejscach gdzie występuje duże zapylenie

otoczenia, pojawiają się wibracje, dobrze spisują się w zmiennych warunkach

temperaturowych oraz w zawilgoconym środowisku.

Czujnik pojemnosciowy

Największą ich zaletą jest możliwość dodatkowej detekcji materiałów innych niż pochodzenia metalicznego, a więc różnego rodzaju tworzyw sztucznych, materiałów sypkich i ciekłych, ceramik, materiałów organicznych, drewna itp. Zanieczyszczenie powietrza, wióry, wilgotność mają zdecydowany wpływ na działanie oraz możliwości detekcji czujników pojemnościowych.

Czujnik optyczny

Czujniki optyczne swoje działanie opierają na wiązce światła. Zakres długości fal, na

jakich pracują czujniki optyczne jest bliska długości fal podczerwieni. Jako źródło światła

wykorzystywane są diody LED lub diody laserowe, odbiornikami w tym przypadku są

fotodioda lub fototranzystor.

Podstawowe typy czujników optycznych:

Czujnik odbiciowy wykorzystuje zjawisko odbicia promieni od przedmiotu detekcji. Jego

największą zaletą jest zwarta zabudowa uzyskana dzięki umieszczeniu w niej nadajnika oraz

odbiornika światła

Czujnik refleksyjny jest to czujnik odbiciowy z dodanym reflektorem, dzięki czemu

wyeliminowany został wpływ wykrywanego przedmiotu na odległość detekcji. Czujnik

sygnalizuje pojawienie się obiektu w momencie, gdy ten przerwie transmisję i odbiór wiązki

światła.

Czujnik typu bariera w swojej budowie różni się od pozostałych typów czujników

optycznych, ponieważ nadajnik i odbiornik zostały umieszczone w dwóch różnych

obudowach. W chwili przerwania ciągłości wiązki światła czujnik uaktywnia swoje wyjście.

Do niewątpliwych zalet takiego rozwiązania można zaliczyć dużą (nawet kilkumetrową),

strefę działania.

4. Interfejs czujników

Dwu przewodowy

Trój przewodowy

Czworo przewodowy

Strefy działania czujnika

Strefa działania jest to odległość od czujnika powodująca zmianę stanu wyjściowego

w chwili pojawienia się w niej obiektu detekcji.

Strefa rzeczywista jest to strefa uwzględniająca niedokładności wykonania czujnika

Strefa robocza uwzględniająca wpływ warunków zewnętrznych na działanie czujnika

Histereza

Zwana jest również dystansem różnicowym. Jest to odległość pomiędzy dwoma punktami

powodującymi załączenie i wyłączenie czujnika

Częstotliwość przełączania

Jest to maksymalna liczba impulsów, jakie jest w stanie odebrać i wygenerować w ciągu

jednej sekundy czujnik.

Warunki montażowe

Czujniki występują w wersjach ekranowanej oraz nieekranowanej

Nieekranowany

Ekranowany

Rozmieszczenie czujników

Dzięki największej zalecie czujników ekranowanych, czyli braku wzajemnego oddziaływania,

można je umieścić blisko siebie. Minimalna odległość pewniej pracy to połowa średnicy

czujnika.

Czujniki nieekranowane z racji szerokiego zakresu oddziaływania muszą być od siebie

oddalone minimum o dwie średnice. Dodatkowo najbliższy obiekt, obudowa, część wspornika

znajdować się może w oddaleniu jednej średnicy

Przykłady zastosowań

· detekcja poziomu wody w zbiorniku z tworzywa sztucznego z oddzielną rurką z

metalicznym pływakiem

· detekcja obiektu podczas napełniania np. puszki z farbą

· realizacja cyklogramów poprzez detekcję krzywki lub koła zębatego

· zaliczanie elementów na taśmach przemysłowych

· informowanie o aktualnym położeniu części mechanizmów, robotów, manipulatorów

Przekaźnik – są to urządzenia elektromagnetyczne, elektroniczne lub cyfrowe służące

do przełączania określonych styków w obwodzie automatyki. Dzięki przekaźnikom sygnały o

większej amplitudzie, większym poziomie napięć i prądów mogą wywoływać skutki w

obwodach, w których obowiązują inne poziomy sygnałów.

Zasada działania przekaźnika elektromagnetycznego

Przekaźniki elektromagnetyczne działają na zasadzie elektromagnesu: prąd płynący w

cewce przekaźnika wywołuje pole magnetyczne w rdzeniu i tym samym przyciąga (lub

odpycha) odpowiedni styk lub grupę styków.

Przekaźniki czasowe – są to przekaźniki z układem elektronicznymumożliwiającym wykonywanie funkcji czasowych takich jak, np. czasów oczekiwaniai nadzoru, pomiarów okresu czasu lub tworzenia impulsów o zadanym czasie trwania.

Wprowadzenie do zadania ; jak podłączyć przekaźnik ?

Przekaźnik czasowy, opóźnione wyłączenie:

Przekaźnik czasowy służy do sterowania czasowego w układach automatyki przemysłowej i domowej (np. wentylacji)

Działanie : Tryb pracy: Opóźnione wyłączenie.

Prędkość obrotowa trójfazowego, asynchronicznego silnika prądu zmiennego jest wyrażana wzorem:

n – prędkość obrotowa wału silnika asynchronicznego [obr-1 ]

f – częstotliwość napięcia zasilającego [Hz]

p – liczba par biegunów stojana silnika

s – poślizg (określa różnicę prędkości pola magnetycznego stojana i prędkości obrotowej wału silnika),

Aby sterować prędkością obrotową silnika konieczna jest zmiana częstotliwości napięcia zasilającego lub zmiana liczby par biegunów stojana. Na pierwszy z wymienionych parametrów możemy wpływać przy pomocy układów elektronicznych, drugi jest uwarunkowany konstrukcją silnika.

Moment na wale silnika prądu zmiennego określa wyrażenie:

M – Moment [N*m]

k – współczynnik proporcjonalności (zależny od rodzaju silnika)

U – wartość napięcia zasilającego [V]

f – częstotliwość napięcia zasilającego [Hz]

Utrzymanie stałej wartości momentu, co jest właściwe w wielu napędach elementów maszyn wymaga utrzymania stałej wartości stosunku U/f. W innych zastosowaniach, zwłaszcza w przypadku pomp i wentylatorów obciążenie zwiększa się z kwadratem prędkości obrotowej. Obie charakterystyki momentu przedstawiono na Rysunku 1. W takich wypadkach napięcie utrzymywane jest, jako proporcjonalne do f2 . W rezultacie napięcie przy małych częstotliwościach jest obniżone, co redukuje nagrzanie silnika.

Moment wytwarzany przez silnik będzie niezmienny, jeśli zachowana zostanie stała wartość prądu w uzwojeniu oraz stała wartość strumienia elektromagnetycznego w pakiecie blach stojana i wirnika. Strumień elektromagnetyczny w silniku zależy od trzech czynników: częstotliwości napięcia, wartości skutecznej napięcia oraz parametrów uzwojenia. Generalnie pozostanie on niezmienny, jeśli zachowany zostanie stały stosunek wartości skutecznej do częstotliwości napięcia zasilania

gdzie:

F – strumień elektromagnetyczny [Wb]

c – współczynnik proporcjonalności

f – częstotliwość napięcia zasilającego [Hz]

2. Falowniki (przekształtniki lub przetwornice częstotliwości) służą do regulacji prędkości obrotowej silników trójfazowych przy zasilaniu ich z jednofazowej sieci prądu przemiennego. Falownik wraz z silnikiem tworzą elektroniczny napęd regulowany, który znajduje zastosowanie np. w obrabiarkach, urządzeniach transportowych i urządzeniach klimatyzacyjnych. Na rysunku 2 przedstawiono schemat budowy napędu z przetwornicą częstotliwości.

Elementy przemiennika:

a) Prostownik – zasilany z jednej lub trzech faz napięcia przemiennego. Na wyjściu generowane jest pulsacyjne napięcie stałe. Występują dwa podstawowe rodzaje prostowników: niesterowane (diodowe) oraz sterowane (tyrystorowe i tyrystorowo-diodowe).

b) Układ pośredni – występują trzy rodzaje układów pośrednich, w zależności od rodzaju falownika:
- układ pośredni z regulowanym prądem,

- układ pośredni z regulowanym lub stałym napięciem wejściowym i wyjściowym,
- układ pośredni ze stałym napięciem wejściowym i zmiennym wyjściowym.

c) Falownik – wytwarza napięcie zmienne trójfazowe o regulowanej wartości i częstotliwości. Możemy rozróżnić trzy typy zasilania falowników (zależne od układu pośredniego):
- prądem stałym o regulowanej wartości,
- napięciem stałym o regulowanej wartości,
- napięciem stałym nieregulowanym.

Prędkość obrotowa jest proporcjonalna do wielkości napięciowego lub prądowego sygnału wejściowego. Falowniki często posiadają wejścia cyfrowe umożliwiające rozruch silnika, zmianę kierunku obrotów lub wybór predefiniowanej częstotliwości. Zastosowanie falownika zapewnia sterowanie procesem rozruchu i hamowania napędu (tzw. softstart) oraz zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem, zwarciem i przegrzaniem. Najprostszy napęd falownikowy składa się z silnika zasilanego z falownika, którego częstotliwość regulowana jest potencjometrem. Prędkość obrotowa może być także ustawiana zdalnie, na przykład przy pomocy sterownika przemysłowego z wyjściem analogowym. Przy doborze falownika należy uwzględnić parametry techniczne silnika, takie jak moc, napięcie zasilania i prąd oraz rodzaj napędu (np. podnośnik, suwnica, mieszadło, pompa). Bardzo istotną sprawą, na którą należy zwrócić uwagę jest wielkość momentu potrzebna do bezpiecznej pracy napędu. Ważny jest również sposób sterowania przetwornicą (ilość wejść i wyjść analogowych/cyfrowych, dodatkowe funkcje) oraz oczekiwane przez użytkownika możliwości sterowania falownikiem, wygląd pulpitu sterowania, itp. Aby zapewnić sprawną i bezawaryjną pracą falownika należy wziąć pod uwagę np. zapylenie w pomieszczeniu, temperaturę, sposób zainstalowania falownika, warunki zasilania (sieć jedno/trójfazowa, wartość napięcia zasilania).

Przebieg impulsu

1. Człon proporcjonalny