Komputerowe wspomaganie projektowania pneumatycznych i elektropneumatycznych układów sterowania polega na graficznym przedstawieniu wszystkich elementów za pomocą schematów funkcjonalnych. Wszystkie elementy wchodzące w skład układu są przedstawiane za pomocą znormalizowanych symboli graficznych zawierających informacje o parametrach. Pozwala to na późniejszą edycję poszczególnych komponentów, co ułatwia proces projektowania i symulacji układu sterowania. W artykule przedstawiono podstawowe informacje na temat projektowania i symulacji pneumatycznych oraz elektropneumatycznych układów sterowania w środowisku FluidSIM firmy Festo. .

fot. iStock

Komputerowe wspomaganie projektowania i symulacji złożonych pneumatycznych bądź elektropneumatycznych układów sterowania jest nieodzownym narzędziem pracy współczesnego inżyniera. Symulacja komputerowa jest obecnie jedną z najważniejszych technik służących do zwiększenia wydajności układów automatyki przemysłowej. Zastosowanie symulacji dostarcza informacji pozwalających podjąć najlepsze decyzje, a także przyczynia się do zwiększenia poprawności procesów i przede wszystkim znacząco skraca czas opracowania projektu, ponieważ ewentualne błędy zauważone na etapie symulacji mogą zostać wyeliminowane. Czołowi producenci komponentów automatyki przemysłowej oferują także wirtualne środowiska, które pozwalają na projektowanie i przeprowadzanie symulacji oraz wizualizacji umożliwiającej sprawdzanie poprawności złożonych układów sterowania oraz ich optymalizację i sterowanie nimi. Wirtualny układ sterowania pozwala na zrozumienie i optymalizację interakcji pomiędzy różnymi elementami sterującymi oraz uwzględnienie oddziaływań ze środowiskiem na wczesnym etapie projektowania układu [1]. Wśród firm oferujących specjalistyczne oprogramowanie do projektowania i symulacji złożonych układów sterowania można wyróżnić m.in.: Festo (FluidSIM-P), SMC (PneuDraw) czy też B&R (Automation Studio). W artykule przedstawiono proces projektowania i symulacji pneumatycznych oraz elektropneumatycznych układów sterowania w środowisku FluidSIM-P firmy Festo.

Tworzenie pneumatycznych układów sterowania w środowisku FluidSIM-P

Tworząc pneumatyczny lub elektropneumatyczny układ sterowania, stosuje się znormalizowany zapis symboliczny zawarty w normach ISO 1219-1:2012 oraz ISO 1219-2:2012. Wszystkie elementy wykonawcze, zawory rozdzielające, zawory sygnałowe oraz zawory logiczne powinny znajdować się na odpowiednich poziomach pomimo tego, że mogą znajdować się one w różnych miejscach układu rzeczywistego. Schematy połączeń należy odwzorowywać graficznie od dołu do góry w takim układzie, w jakim przebiega przepływ sygnału sterującego. Elementy składowe układu sterowania należy rysować w położeniu początkowym, to jest przed wykonaniem jakiegokolwiek działania w układzie sterowania, tzn. przed podaniem sygnału sterującego (np. przed wciśnięciem przycisku, rolki itp.), przy doprowadzonym ciśnieniu zasilającym [1-3].

Program FluidSIM-P wersja 5 firmy Festo jest profesjonalnym narzędziem służącym do komputerowego wspomagania projektowania schematów połączeń i symulacji zarówno prostych, jak również skomplikowanych, m.in. pneumatycznych oraz elektropneumatycznych układów sterowania. Poprzez wbudowane biblioteki gotowych elementów układów sterowania, a także dzięki możliwości sprawdzenia poprawności ich działania FluidSIM znacząco skraca czas przygotowania i wykonania schematów funkcjonalnych układów automatyki. Ponadto oprogramowanie to zawiera materiały dydaktyczne z zakresu podstawowych elementów automatyki, w szczególności przedstawiających zasadę działania elementów składowych tworzonego układu sterowania, praktyczne przykłady uzupełnione o symulacje oraz filmy edukacyjne [3].

Zasady tworzenia pneumatycznych układów sterowania w środowisku FluidSIM przedstawiono na przykładzie symulującym pracę siłownika dwustronnego działania.

Przedmiotem rozważań jest utworzenie pneumatycznego układu sterowania, w którym wciśnięcie przycisku 1S1 powoduje przesterowanie zaworu impulsowego pięciodrogowego dwupołożeniowego (5/2) (bistabilnego) 1V1, czego wynikiem jest powolne wysunięcie tłoczyska siłownika dwustronnego działania 1A1. Po wysunięciu tłoczyska następuje przesterowanie zaworu rozdzielającego trójdrogowego dwupołożeniowego (3/2) z rolką 1S2, który działa jako element krańcowy i zapewnia powrót zaworu 5/2 do pozycji wyjściowej, a tym samym samoczynny powrót tłoczyska do pozycji początkowej.

Po uruchomieniu programu FluidSIM-P otwiera się okno główne programu przedstawione na rys. 1.

W celu utworzenia nowego schematu układu sterowania użytkownik może korzystać z menu tekstowego bądź listwy narzędziowej, wybierając komendę „Plik” lub ikonę „Nowy”.

Tworzenie schematów połączeń układów sterowania odbywa się poprzez wybór z gotowych zbiorów odpowiednich symboli elementów pneumatycznych bądź elektropneumatycznych, które można edytować i konfigurować. Symbole te znajdują się z lewej strony okna głównego programu w bibliotece elementów, które po wybraniu należy przeciągnąć do obszaru roboczego programu. W analizowanym przykładzie będą to symbole elementów takich jak: sprężarka, zespół przygotowania powietrza, zawór 3/2 z przyciskiem, zawór 3/2 z rolką, zawór 5/2 bistabilny, zawór zwrotno-dławiący oraz siłownik dwustronnego działania. Na rys. 2 przedstawiono proces tworzenia schematu pneumatycznego układu sterowania.

Każdy z obiektów może być edytowany i zmieniany na potrzeby projektu. W tym celu należy kliknąć dwukrotnie na ikonę elementu, co powoduje otwarcie menu konfigurowania właściwości wybranego zaworu. Przykładowe okno konfiguracji zaworu trójdrogowego dwupołożeniowego (3/2) przedstawiono na rys. 3.

W kolejnym kroku, po zdefiniowaniu właściwości elementów, należy je połączyć w logiczną całość i przyporządkować odpowiednie etykiety oznaczeń, tzn. należy powiązać ruch tłoczyska siłownika dwustronnego działania z ruchem zaworu trójdrogowego dwupołożeniowego (3/2) z rolką (rys. 4).

W celu włączenia symulacji działania układu sterowania z paska zadań należy wybrać ikonę symulacji lub z menu rozwijalnego wybrać zakładkę Wykonaj, a następnie polecenie Start, lub użyć klawisza skrótu F9. Na rys. 5 przedstawiono widok okna programu z włączoną symulacją.

Po włączeniu symulacji program przeprowadza wstępną weryfikację poprawności połączeń elementów schematu. W przypadku wystąpienia jakichkolwiek nieprawidłowości wyświetlane są odpowiednie komunikaty informujące użytkownika o ewentualnych błędach. W programie istnieje również możliwość tworzenia diagramu stanu, który rejestruje parametry pracy poszczególnych elementów układu (rys. 5, diagram w dolnej części okna ekranu; w odniesieniu do siłownika dwustronnego działania mogą być np.: położenie, prędkość, przyspieszenie oraz siła) i przedstawia je w postaci wykresu.

W programie istnieje również możliwość tworzenia elektropneumatycznych układów sterowania. Na rys. 6 przedstawiono przykładowe okno wizualizacji elektropneumatycznego układu sterowania realizującego tę samą funkcję co układ sterowania z rys. 4, tzn. wciśnięcie przycisku 1S1 powoduje przesterowanie elektropneumatycznego zaworu impulsowego pięciodrogowego dwupołożeniowego (5/2) (bistabilnego) 1V1, czego wynikiem jest powolne wysunięcie tłoczyska siłownika dwustronnego działania 1A1. Po wysunięciu się tłoczyska siłownika zostaje pobudzony wyłącznik krańcowy 1S2, następuje przesterowanie zaworu 1V1, a tłoczysko siłownika samoczynnie powraca do pozycji wyjściowej.

Należy pamiętać, że w przypadku elektropneumatycznego układu sterowania obok schematu pneumatycznego (lub bezpośrednio pod nim) należy umieścić schemat połączeń elektrycznych.

Podsumowanie

Głównymi celami projektowania i modelowania pneumatycznych i elektropneumatycznych układów sterowania są poznanie struktury i działania tworzonych obiektów oraz opracowanie odpowiednich algorytmów optymalizujących pracę całego układu. Zastosowanie komputerowego modelu pneumatycznego bądź elektropneumatycznego układu sterowania pozwala na wyeliminowanie błędów projektowych w początkowych etapach przygotowania rzeczywistego układu automatyki oraz znacząco skraca czas jego uruchomienia.

Piśmiennictwo
  1. Kost G., Sękala A.: Interpretacja schematów pneumatycznych układów sterowania –podstawy – cz. 1. „Utrzymanie Ruchu”, nr 3/2018, s. 68.
  2. Szenajch S.: Napęd i sterowanie pneumatyczne. WNT, Warszawa 1992.
  3. Świder J.: Podstawy syntezy pneumatycznych i elektropneumatycznych układów sterowania. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2018.
fot. iStock

Rys. 1. Okno główne programu FluidSIM

Rys. 2. Widok tworzenia nowego schematu układu sterowania

Rys. 3. Przykładowe okno ustawiania właściwości zaworu

Rys. 4. Schemat utworzonego układu sterowania

Rys. 5-6. Schematy pneumatycznego układu sterowania w trakcie symulacji
W związku z wejściem w dniu 25 maja 2018 roku nowych przepisów w zakresie ochrony danych osobowych (RODO), chcemy poinformować Cię o kilku ważnych kwestiach dotyczących bezpieczeństwa przetwarzania Twoich danych osobowych. Prosimy abyś zapoznał się z informacją na temat Administratora danych osobowych, celu i zakresu przetwarzania danych oraz poznał swoje uprawnienia. W tym celu przygotowaliśmy dla Ciebie szczegółową informację dotyczącą przetwarzania danych osobowych.
Wszelkie informacje znajdziesz tutaj.
Zachęcamy również do zapoznania się z naszą nową Polityką Prywatności.
W przypadku pytań zapraszamy do kontaktu z naszym Inspektorem Ochrony Danych Osobowych pod adresem iodo@elamed.pl

Zamknij