Nota conclusiva.

Questo blog è stato pensato per degli allievi di seconda IPIA a d indirizzo meccanico e spero che a loro sia utile.

L'intento del blog è trasmettere alcune semplici tecniche che possono essere utilizzate per la realizzazione di piccoli circuiti pneumatici. La trattazione è per questo motivo impostata in modo da non risultare pesante ed è ricca di figure ed animazioni.

Le lezioni seguono una sequenza temporale inversa, cioè dalla più recente alla più antica. Consiglio quindi di partire dalla prima lezione e navigare all'interno del blog utilizzando i collegamenti ipertestuali presenti qua e là oppure servendovi dei collegamenti sull'archivio del blog.

Insegno in un Istituto professionale e i miei alunni si appassionano molto a questo argomento. Spero che questo blog possa fare appassionare altri alunni.

Alla prossima.

Gianluca Ferraro

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Esempio di sistema automatico industriale.

Supponiamo di volere realizzare un circuito che permetta di risolvere il problema di movimentazione materiali schematizzato in figura 17. Una scatola deve passare da un nastro trasportatore ad un altro. Si individuano le seguenti fasi:

• 1. Il nastro T1 porta la scatola nella posizione 1 e si ferma;
• 2. Lo stelo del cilindro A, attivato da un pulsante di Start, esce sollevando la scatola fino alla posizione 2;
• 3. Lo stelo del cilindro B esce spingendo la scatola sul nastro T2;
• 4. Quando la scatola è su T2 rientra lo stelo di A;
• 5. Quando A è rientrato si riattiva T1 e rientra B.

fig. 17 – Sistema di un impianto di movimentazione materiali.

Ogni cilindro deve essere equipaggiato con due finecorsa: A0 e A1 per il cilindro A, B0 e B1 per il cilindro B.La sequenza che deve essere generata è A+, B+, A-, B- e poiché, a riposo, gli steli sono entrambi rientrati i finecorsa A0 e B0 sono attivi. Ecco le fasi del moto del circuito:

• Si preme S collegato in AND con B0 à Si genera il segnale A+;
• Lo stelo del cilindro A, finita la sua corsa in uscita, attiva il finecorsa A1 che genera il segnale B+;
• Lo stelo di B, finita la sua corsa, attiva il finecorsa B1 che genera il segnale A-;
• Lo stelo di A rientra e attiva il finecorsa A0 che genera il segnale B-;
• Infine lo stelo di B attiva il finecorsa B0;
• Premendo S il ciclo riparte.

Le fasi del moto possono essere rappresentate graficamente il quello che è detto Diagramma delle Fasi o Ciclogramma (fig. 18). In ascissa è riportato il tempo e in ordinata le corse dei cilindri.

fig. 18 – Diagramma delle fasi della sequenza A+, B+, A-, B-.

tab. 8 – Prospetto del ciclo automatico A+, B+, A-, B-.

Elenchiamo i componenti necessari per la realizzazione del circuito:

• n. 2 cilindri d.e.;
• n. 2 valvole distributrici 5/2 bistabili (una per ogni cilindro);
• n. 4 finecorsa (due per ogni cilindro);
• n.1 valvole 3/2 a pulsante (Pulsante di Start).

Per la realizzazione dello schema si posizionano i componenti dall’alto verso il basso, si collegano i cilindri ai distributori indicando su questi ultimi i segnali di comando provenienti dai finecorsa, si marcano le posizioni dei finecorsa ed infine si completano gli altri collegamenti. Lo schema del circuito è riportato in figura 19.

fig. 19 – Schema del circuito pneumatico di movimentazione materiali.

Come già visto la scorsa volta, rendiamo continuo il ciclo del circuito di figura 19 sostituendo al pulsante di Start un circuito a memoria meccanica. Lo schema completo che si ottiene è riportato in figura 20.

fig. 20 – Schema del circuito pneumatico che realizza il ciclo continuo A+, B+, A-, B-. Nel riquadro con linea mista il circuito di comando di Avvio/Arresto.

Guarda il video della lezione.

Se siete interessati alle lezioni sulla simulazione del circuito e sulla realizzazione al banco pneumatico lasciate un post e il vostro indirizzo e-mail.

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Cicli.

Negli schemi pneumatici finora visti i segnali che hanno generato il movimento degli organi meccanici sono stati prodotti da comandi manuali estranei al processo di apertura e chiusura del cancello.

DEFINIZIONE
Un processo si definisce automatico quando i segnali che lo realizzano sono generati dallo stesso processo.

Dalla precedente definizione possiamo dedurre che i sistemi precedentemente esaminati non sono automatici.

Ciclo automatico singolo

Supponiamo di volere realizzare un circuito nel quale, premendo un pulsante, esce lo stelo di un cilindro, che completa la sua corsa e poi torna indietro. In questo caso il segnale di rientro dello stelo è generato dallo stelo stesso. Questo processo è chiamato ciclo singolo. È utile, per la stesura dello schema, dividere il ciclo in fasi e determinare i segnali che le attivano stilando il prospetto dei pilotaggi (Tab. 7).

Tab. 7 – Prospetto del ciclo automatico A+, A-.

Con A+ si indica la fase di uscita dello stelo, con A- la fase di ritorno dello stelo e con A+, A- si indica il ciclo completo. S è il segnale che proviene dal pulsante di Start, A0 il segnale del finecorsa in entrata dello stelo e A1 il segnale del finecorsa in uscita dello stelo. Il precedente prospetto deve essere così interpretato:

• Il segnale S generato dallo Start insieme ad A0 commuta il distributore generando A+;

• Il finecorsa A1 ricommuta il distributore che genera A-.

Per realizzare il circuito abbiamo quindi bisogno di:

• n. 1 cilindri a d.e.;
• n. 1 valvole distributrici 5/2 bistabili comandate pneumaticamente;
• n. 2 finecorsa;
• n. 1 valvole 3/2 NC a pulsante.

Per la costruzione dello schema bisogna prima posizionare i componenti dall’alto verso il basso e poi tracciare i collegamenti:

1. Si disegnano gli attuatori;
2. Si indica la posizione dei finecorsa con trattini in prossimità dello stelo;
3. Si disegnano i distributori con indicati i segnali che li commutano;
4. Si disegnano i finecorsa;
5. Si disegnano i pulsanti;
6. Si tracciano i collegamenti.

I finecorsa vengono sempre disegnati nella posizione che assumono quando il sistema è a riposo. Lo schema del circuito in esame è rappresentato in figura 15.

Fig. 15 – Schema di circuito pneumatico per ciclo automatico singolo A+, A-.

Ciclo automatico continuo

Lo schema appena ottenuto fa eseguire al circuito un ciclo singolo A+, A- per poi arrestarsi fino a quando non si interviene nuovamente sul pulsante di Start.

DEFINIZIONE

Un ciclo si definisce automatico continuo quando premuto un pulsante di Start esso si ripete continuamente fino a quando non viene fermato con un segnale esterno.

Affinché il ciclo diventi continuo è necessario quindi che:

• lo stelo, dopo che è rientrato, riesca automaticamente;
• premuto il segnale di Start (S) il ciclo continui fino a quando non arriva un segnale di interruzione.

Le precedenti condizioni vengono soddisfatte sostituendo il pulsante di Start con un circuito a memoria meccanica formato da due valvole 3/2 monostabili a pulsante che comandano un valvola 3/2 bistabile M con una sua alimentazione (fig. 16).

fig. 16 – Schema di circuito per ciclo automatico continuo A+, A-.

A riposo, il finecorsa A0 è attivo e la valvola M chiusa. Premendo il pulsante di Start (S) si fa commutare la valvola M che, in AND con A0, genera A+ il quale commuta la valvola 5/2 che fa uscire lo stelo del cilindro A. Quando lo stelo è uscito viene attivato il finecorsa A1 che genera il segnale A- il quale ricommuta la valvola 5/2 e lo stelo rientra. Quando lo stelo è rientrato viene attivato il finecorsa A0 che è collegato in AND con la valvola M la quale è rimasta aperta: il ciclo può ripartire. Per arrestare il sistema bisogna premere il pulsante di Finish (F) che ricommuta la valvola M in posizione di “CHIUSO”. Quando il ciclo in atto viene completato e viene attivato il finecorsa A0 la valvola M è chiusa ed il sistema si arresta.

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Funzioni logiche NOT e YES.

Supponiamo ora che il circuito debba disporre di un sistema di sicurezza che consenta di arrestare il cancello se durante la corsa dovesse incontrare un ostacolo. Tale condizione può essere soddisfatta predisponedo sul cancello un sensore che blocchi il flusso di aria che alimenta il circuito quando questo viene azionato. Questo sensore può essere il pulsante di una valvola 3/2 NA (Pulsante N di figura 9) che in condizioni normali lascia passare aria e che se premuto ne blocca il passaggio (fig. 12). Il segnale del pulsante N nega il passaggio dell’aria per cui questo tipo di valvola viene definito NOT.

fig. 12 - Funzione logica NOT.

Assegnando “0/1” alle condizioni di “assente/presente” del segnale N in ingresso e del segnale in uscita della valvola NOT si ottiene la Tabella di verità relativa alla funzione logica NOT di seguito riportata.

tab. 5 – Tabella di verità relativa alla funzione logica NOT.

Analogamente la funzione logica YES consente il passaggio di un segnale solo in sua presenza. Questa funzione può essere realizzata con una valvola 3/2 NC ed in genere è utilizzata per la rigenerazione dei segnali; infatti ne basta uno a bassa pressione (Y di fig. 13) per ottenerne uno a pressione più elevata ("Segnale" di Fig. 13).

fig. 13 – Funzione logica YES.

tab. 6 – Tabella di verità relativa alla funzione logica YES.

In definitiva possiamo costruire lo schema completo del cancello automatizzato comandato da due piani diversi con finecorsa e sensore N per arresto di sicurezza (fig. 14).

fig. 14 – Schema completo del circuito pneumatico per la movimentazione di un cancello.

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Funzione logica AND.

Cerchiamo oggi di "complicare" un pochino il nostro circuito. La scorsa volta abbiamo visto come è possibile manovrare un cancello indifferentemente da più posizioni inserendo nel circuito semplici componenti pneumatici che fungono da operatori logici OR. In questo post conosceremo un altro operarore logico: l'operatore AND. Vedremo inoltre che è possibile, collegando opportunamente più valvole, ricreare un operatore AND senza utilizzare componenti aggiuntivi e complicare quindi il circuito.

Ci riferiamo per questo sempre al cancello di figura 9.

Ci chiediamo cosa dobbiamo preveder nel circuito di automazione del cancello se vogliamo soddisfare le seguenti ipotesi:

• il comando di apertura deve intervenire solo se il cancello è chiuso;
• il comando di chiusura deve intervenire solo se il cancello è aperto.

Per soddisfare queste condizioni abbiamo bisogno di segnali che indichino che il cancello è aperto oppure chiuso. Bisogna predisporre un pulsante che si attivi quando il cancello è aperto e uno quando questo è chiuso. I pulsanti che svolgono questo compito sono detti finecorsa che sono generalmente valvole 3/2 NC comandate meccanicamente, nel nostro caso dal cancello che termina la sua rotazione (fig. 9).

Perchè il cancello si possa aprire azionando V2 o V2’ deve essere attivo il finecorsa FC2. Viceversa, perchè il cancello si possa chiudere azionando V1 o V1’ deve essere attivo il finecorsa FC1. Per realizzare tali condizioni i finecorsa e le valvole devono essere collegate in AND tra loro come mostrato nella figura 10 nel caso di V2 e FC2.

fig. 10 - Schema circuitale della funzione logica AND.

Nella tabella 3 sono riassunte tutte le possibili combinazioni tra V2 e FC2 collegate in AND.

Tab. 3 - Riassunto delle possibili combinazioni di V2 e FC2 collegate in AND.
Se utilizziamo le cifre “0” e “1” come già fatto per la funzione logica OR si ottiene la seguente Tabella di verità.

Tab. 4- Tabella di verità di V2 e FC2 collegate in AND.

Riassumendo possiamo dire che solo se V2 e FC2 sono attivi contemporaneamente si genera il segnale in uscita dalla valvola AND e quindi il cancello si apre.

OSSERVAZIONE
Per ottenere un collegamento in AND di due valvole basta semplicemente collegarle in serie. In questo modo, infatti, il segnale può passare solo se entrambe le valvole sono attive (fig. 11).

fig. 11 - Collegamento in AND disponendo in serie le valvole.

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