Практическое руководство по пневматическому подключению, электрическому управлению и программированию рабочих циклов

Одноударные пневматические молотки применяются для устранения зависаний, налипания и сводообразования сыпучих материалов в бункерах, силосах и технологических воронках.

Чтобы молоток работал надёжно, необходимо правильно организовать подачу сжатого воздуха, последующий сброс давления и управление интервалами между ударами.

Рассмотрим подключение молотка серии SK через электромагнитный распределитель 3/2 и практический пример автоматизации с помощью программируемого реле ОВЕН. В качестве управляющего сигнала используется включение шнекового питателя.

Также разберём ручное управление, работу нескольких молотков и особенности подключения серии SX.

Выбор модели, ударного импульса и монтажного основания подробно рассмотрен в отдельном руководстве «Как выбрать и установить одноударный пневматический молоток серий SK и SX».

1. Принцип работы и автоматизации пневматического молотка

В распространённой конструкции серии SK ударный поршень удерживается в исходном положении магнитным полем.

При подаче сжатого воздуха давление в рабочей камере увеличивается. После преодоления магнитного удержания поршень резко перемещается, создавая ударное воздействие, которое через корпус и монтажное основание передаётся стенке технологической ёмкости.

Во время рабочего хода возвратная пружина деформируется, накапливая потенциальную энергию упругой деформации.

Для подготовки следующего удара необходимо прекратить подачу сжатого воздуха и обеспечить его выпуск из рабочей камеры. После снижения давления возвратная пружина перемещает поршень в исходное положение.

Таким образом, один рабочий цикл состоит из четырёх этапов:

1. Подача сжатого воздуха.
2. Срабатывание ударного механизма.
3. Сброс давления.
4. Возврат поршня в исходное положение.

Система автоматизации должна обеспечивать повторение этого цикла с интервалами, соответствующими технологическому процессу.

2. Подключение через пневмораспределитель 3/2

Для рассматриваемого исполнения SK с одним рабочим пневматическим входом применяется трёхлинейный двухпозиционный распределитель 3/2 с электромагнитным управлением и пружинным возвратом.

Назначение портов

Когда катушка Y1 включена, распределитель соединяет P с A. Сжатый воздух поступает в рабочую камеру молотка, вызывая удар.

Когда катушка Y1 отключена, распределитель возвращается в исходное положение. Подача перекрывается, а рабочая линия A соединяется с выпуском R.

Давление в рабочей камере снижается, и поршень получает возможность вернуться в исходное положение.

Для такой схемы необходимо нормально закрытое исполнение распределителя, у которого в обесточенном состоянии порт A соединён с R.

Почему обычный клапан 2/2 может работать неправильно

Обычный двухлинейный клапан 2/2 открывает или перекрывает подачу воздуха, но не обеспечивает его выпуск из рабочей камеры.

Если после первого удара воздух остаётся заперт, возврат поршня может оказаться невозможным. Тогда молоток срабатывает только один раз либо работает нестабильно.

Клапан 2/2 можно применять лишь при наличии отдельного решения для полного сброса давления.

Для рассматриваемого подключения SK распределитель 3/2 является более простым и понятным вариантом.

3. Требования к пневматической системе

Типовая система включает источник сжатого воздуха, запорную арматуру, фильтр, регулятор давления с манометром, распределитель 3/2, соединительные фитинги, трубку и молоток.

Для безопасного обслуживания необходимо предусмотреть отключение подачи и сброс остаточного давления.

Рабочее давление устанавливают согласно характеристикам конкретной модели молотка.

При выборе пневматических компонентов важно учитывать не только номинальную резьбу, но и проходные сечения.

Слишком узкая трубка, длинная магистраль или распределитель с недостаточной пропускной способностью могут вызывать существенное падение давления непосредственно во время срабатывания.

Это приводит к слабому или нестабильному удару даже при нормальном давлении на выходе компрессора.

Атмосферный глушитель

На рассматриваемых молотках SK имеется отдельный атмосферный порт с пористым глушителем.

Через него происходит воздухообмен полости возвратной пружины. Во время рабочего хода воздух выходит наружу, а при возврате поршня поступает обратно.

Пористый элемент уменьшает шум и способен задерживать часть механических загрязнений. Его точный класс фильтрации не установлен.

Атмосферный порт нельзя герметично перекрывать. Состояние глушителя необходимо периодически проверять.

Важно: этот глушитель и выпуск 3(R) пневмораспределителя относятся к разным воздушным полостям и не заменяют друг друга.

4. Ручное управление пневматическим молотком

Простейший способ управления — ручной пневматический распределитель 3/2.

При нажатии кнопки или перемещении рычага сжатый воздух подаётся в рабочую камеру молотка. После возврата управляющего элемента распределитель сбрасывает давление.

Другой вариант — электромагнитный распределитель 3/2 с управлением от электрической кнопки.

Подобная схема подходит, когда оператор должен выполнять отдельные удары по мере необходимости.

Если требуется повторять удары с установленными интервалами, можно использовать циклическое реле времени или программируемое реле.

5. Автоматизация от шнекового питателя

Рассмотрим пример автоматического управления молотком при выгрузке сыпучего материала из бункера.

Материал подаётся шнековым питателем. Электродвигатель шнека включается магнитным пускателем КМ1.

Наша задача — организовать работу молотка только при включённом питателе.

Для этого необходимо получить электрический сигнал о состоянии команды включения шнека и передать его на программируемое реле.

Вариант с промежуточным реле

Предположим, цепь управления пускателем КМ1 рассчитана на 220 В переменного тока.

Устанавливаем промежуточное реле К1 с катушкой соответствующего напряжения.

Катушка К1 получает тот же управляющий сигнал, который используется для включения катушки КМ1, при условии соответствия характеристик цепи управления.

При поступлении команды пуска шнека промежуточное реле срабатывает. Его нормально разомкнутый контакт замыкается и передаёт сигнал на дискретный вход программируемого реле.

Таким образом, между цепью пускателя и входной цепью контроллера используется гальваническое разделение контактами промежуточного реле.

Потенциально свободный, или «сухой», контакт не является источником напряжения. Он только коммутирует напряжение, предназначенное для соответствующего дискретного входа.

Альтернативный вариант

Если магнитный пускатель КМ1 имеет свободный вспомогательный контакт, например NO 13–14, можно использовать его непосредственно.

В таком случае установка отдельного промежуточного реле К1 может не потребоваться.

Следует учитывать, что сигнал пускателя подтверждает состояние цепи управления или коммутационного аппарата, но не гарантирует фактическое вращение двигателя.

6. Электрическая схема с программируемым реле ОВЕН

Для автоматизации используем программируемое реле с дискретным входом I1 и выходом Q1.

В качестве примера рассмотрим ОВЕН ПР110 соответствующего исполнения.

ПР110 относится к оборудованию, снятому с продаж, однако сам алгоритм может быть реализован на другом программируемом реле или ПЛК с необходимыми электрическими характеристиками.

Обозначения элементов

Разделение электрических цепей

При использовании ПР110-220.8ДФ.4Р дискретный вход должен подключаться согласно требованиям этого исполнения, рассчитанного на сигналы сетевого напряжения.

Сухой контакт К1 коммутирует соответствующий сигнал входной цепи.

Релейный выход Q1 может использоваться для коммутации отдельной цепи питания катушки пневмораспределителя. Например, катушки Y1 на 24 В постоянного тока.

В этом случае цепи входа 220 В AC и выхода 24 В DC электрически разделены.

Для катушки Y1 предусматривается защита от коммутационных перенапряжений, соответствующая типу катушки и выходу контроллера.

Допустимость непосредственного подключения катушки определяется номинальными характеристиками контактов Q1 и параметрами Y1.

Приведённые рисунки иллюстрируют принцип соединений. Конкретные клеммы, защитные аппараты, сечения проводников и номиналы компонентов выбираются по документации применяемого оборудования.

7. Алгоритм автоматического управления

Согласованный алгоритм предусматривает начало работы молотка одновременно с запуском шнекового питателя.

При поступлении разрешающего сигнала I1 контроллер сразу формирует первый импульс на выходе Q1.

Включается катушка Y1, пневмораспределитель подаёт сжатый воздух в молоток, происходит удар.

После окончания импульса Q1 отключается. Распределитель соединяет рабочую камеру с выпуском, обеспечивая сброс давления и возврат поршня.

Затем выдерживается технологическая пауза.

Если шнек продолжает работать, контроллер формирует очередной импульс.

При остановке шнека управляющий выход должен отключаться без ожидания окончания текущего импульса.

Таким образом, повторные удары выполняются только в период действия разрешающего сигнала.

8. Практические временные параметры

В рассматриваемой системе применялись следующие настройки:

Эти параметры использованы в реальной системе управления и приводятся как практический пример.

Они не являются универсальными настройками для всех пневматических молотков SK и SX.

Продолжительность управляющего импульса — это время включения катушки распределителя, а не длительность самого механического удара.

В зависимости от характеристик молотка, длины пневматической линии и пропускной способности распределителя надёжное срабатывание может обеспечиваться значительно более коротким импульсом.

Пауза между ударами также подбирается для конкретного технологического процесса.

Практически целесообразно стремиться к минимальной длительности подачи воздуха, достаточной для устойчивого срабатывания, и максимально возможной паузе, при которой сохраняется нормальная выгрузка продукта.

Чрезмерно частые удары увеличивают количество рабочих циклов молотка и динамическую нагрузку на конструкцию бункера, не обязательно улучшая движение материала.

9. Программа управления в Owen Logic

Рассмотрим пример программы, использующей функциональные блоки TP, BLINK и OR.

Блок TP

Блок TP формирует импульс заданной длительности при поступлении положительного фронта сигнала на вход.

В рассматриваемом примере продолжительность импульса составляет 5 секунд.

Он используется для формирования первого управляющего импульса сразу после запуска шнека.

Блок BLINK

BLINK формирует периодические прямоугольные импульсы.

В примере заданы два интервала:

• включённое состояние — 5 секунд;
• выключенное состояние — 20 секунд.

Таким образом создаются последующие управляющие импульсы.

Блок OR

Выходы TP и BLINK объединяются логическим элементом OR («ИЛИ»).

Если хотя бы один из блоков формирует логическую единицу, на выходе OR также появляется единица.

Такая комбинация позволяет получить первый импульс при запуске шнека и последующую периодическую работу молотка.

Оригинальная схема TP + BLINK + OR применялась на производственном оборудовании.

Дополнительный элемент AND

Для гарантированного снятия управляющей команды при остановке шнека можно дополнительно использовать логический элемент AND («И»).

На один вход AND поступает результат OR, на другой — разрешающий сигнал I1.

Логическое выражение:

Q1 = I1 AND (TP.Q OR BLINK.Q)

При исчезновении I1 выход Q1 отключается независимо от текущего состояния временных блоков.

Это дополнение логически проверено, но не является частью исходной подтверждённой производственной реализации и требует проверки в симуляторе или на применяемом контроллере.

Также необходимо учитывать особенности поведения временных блоков при очень коротких остановках и повторных запусках шнека.

Временная диаграмма

В рассматриваемой конфигурации TP формирует первый импульс, а BLINK — последующие.

Первая пауза после стартового импульса может отличаться от последующих пауз из-за особенностей совместной работы двух временных блоков. Для рассматриваемого технологического процесса эта разница не является принципиальной.

Остановка шнека

Если шнек останавливается во время подачи управляющего импульса, сигнал I1 исчезает.

При наличии дополнительной блокировки AND команда Q1 отключается, катушка Y1 обесточивается, и распределитель возвращается в исходное положение.

Рабочая камера молотка соединяется с выпуском.

При этом уже начавшийся удар не может быть мгновенно остановлен, а полный сброс давления происходит за конечное время.

10. Управление двумя и более пневматическими молотками

Если один молоток не обеспечивает необходимого результата, можно рассмотреть установку нескольких устройств на разных участках технологической ёмкости.

Однако прежде следует проверить правильность выбора места монтажа, рабочего давления, крепления и передачи ударной нагрузки.

Одновременное срабатывание

При одновременном управлении контроллер выдаёт команды на два электромагнитных распределителя в один момент времени.

Это позволяет воздействовать на два участка конструкции одновременно.

При таком решении необходимо учитывать повышенную пиковую потребность в сжатом воздухе и суммарное динамическое воздействие на бункер.

Поочерёдное срабатывание

При последовательном управлении сначала включается первый молоток, затем через заданный интервал — второй.

Этот вариант позволяет распределить удары во времени и снизить пиковую потребность в сжатом воздухе по сравнению с одновременной работой.

Для независимого управления используют два канала контроллера и два распределителя, соответствующих конструкции молотков.

Нельзя заранее утверждать, что одновременная работа эффективнее поочерёдной или наоборот.

Выбор определяется геометрией ёмкости, свойствами материала, расположением проблемных зон, возможностями пневмосистемы и допустимыми нагрузками на конструкцию.

11. Особенности пневматических молотков SX

Молотки серии SX также предназначены для периодического ударного воздействия, однако отдельные исполнения SX-2 отличаются конструкцией от рассмотренной серии SK.

У моделей SX-30-2 и SX-40-2 в технических материалах показаны дополнительные пневматические присоединения.

Для некоторых исполнений предусмотрена возможность соединения нескольких молотков в последовательную систему управления.

При этом назначение портов и особенности возврата ударного механизма необходимо проверять по документации соответствующей модели.

Поэтому представленную выше схему SK с одним рабочим входом нельзя автоматически считать универсальной монтажной схемой для SX.

Электрический принцип формирования управляющих импульсов может использоваться и для SX, но исполнительная пневматическая часть должна соответствовать конкретному исполнению оборудования.

12. Первоначальная проверка и настройка

После монтажа необходимо проверить правильность электрических соединений, пневматическую схему, давление и временные параметры.

Рекомендуемый порядок:

1. Проверить соответствие напряжений входов, выходов и катушки распределителя.
2. Проверить подключение пневматических портов.
3. Убедиться, что при снятии управляющей команды рабочая камера соединяется с выпуском.
4. Проверить состояние и проходимость атмосферного глушителя.
5. Установить допустимое рабочее давление.
6. Проверить одиночное срабатывание надёжно закреплённого молотка.
7. Убедиться в полном сбросе давления и возврате поршня.
8. Проверить периодические управляющие импульсы.
9. Проверить отключение выхода при остановке шнека.
10. Оценить эффективность выгрузки и при необходимости откорректировать настройки.

При настройке следует учитывать, что команда на выходе контроллера не является прямым подтверждением фактического удара. Для такой обратной связи потребуются дополнительные средства контроля.

13. Типичные неисправности

Перед обслуживанием необходимо отключить электрическое питание соответствующих цепей, перекрыть подачу сжатого воздуха и сбросить остаточное давление.

На объектах с горючей пылью, включая мучную, должны соблюдаться требования взрывопожарной безопасности. Наличие пневматического привода само по себе не подтверждает пригодность устройства для эксплуатации во взрывоопасной зоне.

14. Заключение

Автоматизация одноударного пневматического молотка может быть реализована сравнительно простыми средствами.

Для рассматриваемой схемы SK достаточно электромагнитного распределителя 3/2, программируемого реле и разрешающего сигнала от технологического оборудования.

Практический пример с использованием TP, BLINK и OR показывает, как получить первый управляющий импульс сразу после включения шнекового питателя и организовать последующие срабатывания с заданными паузами.

При необходимости алгоритм можно дополнить блокировками, изменением временных интервалов и независимым управлением несколькими молотками.

Надёжность системы определяется не только программой, но и правильным пневматическим подключением, достаточной пропускной способностью магистрали, полным возвратом ударного механизма и соответствием режима работы условиям технологического процесса.

Дополнительные технические материалы

• Как выбрать и установить одноударный пневматический молоток серий SK и SX
• Ударный импульс, сила и энергия удара: как правильно понимать характеристики пневматических молотков