PROIECT PENTRU EXAMENUL DE CERTIFICARE A

CALIFICRII PROFESIONALE

NIVEL 3

Specialitatea:

Tehnician mecatronist

Elev: POPA ANDREEA ndrumtor

Clasa: a XII-a F Ing. MARICA MARIANA

2014

Functii logice n circuite pneumatice

2014

3

CUPRINS

ARGUMENT .......................................................................................................................... 4

I. CIRCUITE LOGICE....................................................................................................... 6

1.1. FUNCII LOGICE ............................................................................................................................6 1.2. PORI LOGICE ...............................................................................................................................7 1.3. CIRCUITE LOGICE COMBINAIONALE ..............................................................................................9

Codificatoare .......................................................................................................................................9 Decodificatoare ................................................................................................................................. 11 Multiplexoare .................................................................................................................................... 12 Demultiplexoare ................................................................................................................................ 13 Comparatorul digital ......................................................................................................................... 14 Detectorul de paritate ........................................................................................................................ 15

1.4. CIRCUITE LOGICE SECVENIALE................................................................................................... 15 Numrtoare ..................................................................................................................................... 16 Registre de deplasare ......................................................................................................................... 18

II. CILINDRI PNEUMATICI ............................................................................................ 20

MOTOARELE LINIARE (CILINDRII) ............................................................................................................ 20 CILINDRI CU SIMPL ACIUNE ................................................................................................................. 21 CILINDRI CU DUBL ACIUNE .................................................................................................................. 21 CILINDRI CU DUBL ACIUNE I FRNARE LA CAPT DE CURS ................................................................ 21 CILINDRI N TANDEM .............................................................................................................................. 22 MOTOARE LINIAR OSCILANT CU TIJ-CREMALIER .................................................................................. 22

III. DISTRIBUITOARE ...................................................................................................... 23

DISTRIBUITOR CU 3 CI I 2 POZIII (3/2) CU SUPAP SFERIC .................................................................. 23 DISTRIBUITOR 3/2 NORMAL NCHIS RESPECTIV NORMAL DESCHIS CU SUPAP DISC..................................... 24 DISTRIBUITOR 4/3 CU SERTAR ROTATIV, ACIONAT MANUAL CU MANET ................................................. 26 DISTRIBUITOR CU SERTAR CILINDRIC, PILOTAT ........................................................................................ 26

IV. SUPAPE .......................................................................................................................... 28

SUPAPA DE SELECTARE CU DOU PRESIUNI SAU ELEMENT LOGIC I. ......................................................... 28 SUPAPA DE SELECTARE SAU ELEMENT LOGIC SAU ................................................................................... 28 SUPAPA DE SENS ..................................................................................................................................... 29 SUPAPA DE SUCCESIUNE (SECVENIAL) ................................................................................................. 29 SUPAPE REGULATOARE DE PRESIUNE ....................................................................................................... 30

IV. APLICAIE FLUIDSIM ............................................................................................... 31

INSTALAIE PNEUMATIC DE SECURIZARE A PRELUCRRILOR PRIN ACHIERE ........................................... 31

BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................... 32

4

ARGUMENT Sistemele de acionare pot fi: mecanice, electrice, pneumatice i hidraulice. Sistemele

pneumatice sunt preferate ntr-un numr mare de aplicaii industriale datorit unor avantaje

ca: simplitate constructiv, robustee, fiabilitate, productivitate, pre de cost mai sczut,

utilizabil n medii cu pericol de explozie, n general, asemenea sisteme sunt folosite

atunci cnd:

- trebuie controlate fore i momente de valori medii;

- viteza de deplasare a sarcinii nu trebuie s respecte cu strictee o numit lege;

- poziionarea sarcinii nu trebuie fcut cu precizie ridicat;

- condiiile de funcionare sunt severe (pericol de explozie, incendiu, umiditate etc); -

trebuie respectate norme stricte igienico-sanitare (n industria alimentar,

farmaceutic, tehnic dentar).

Fig.1

n figura 1 este prezentat schema bloc a unei acionri pneumatice, alctuit din:1-

aparatura electric, 2- motorul electric, 3, 7- cuplaje mecanice, 4-generatorul pneumatic, 5-

aparatura pneumatic, 6 - motorul pneumatic, 8- maina de lucru.

Pentru acionrile pneumatice sunt necesare surse de energie pneumatic. Aceste surse

sunt generatoarele pneumatice, sau pompele. Agentul motor produs de aceste generatoare

este aerul comprimat.

Pentru a pune n micare generatorul pneumatic este necesar o main primar care

este un motor electric, alimentat cu energie electric, mai rar motor termic.

Instalaia de acionare conine aparatura electric i aparatura pneumatic pentru

comanda motorului electric, respectiv comanda aerului comprimat necesar motorului

pneumatic. Motorul pneumatic transform energia pneumatic n energie mecanic, prin

care se acioneaz maina de lucru, care trebuie s fac anumite micri, la anumii

parametri impui de regimul de lucru.

Deoarece acionarea conine un motor electric, acionrile de acest fel se mai numesc

electropneumatice (EP).

Observaie. Schema structural pentru acionrile hidraulice este identic cu schema

acionrilor pneumatice. Acionrile hidraulice pot conine un motor electric sau un motor

diesel, acionarea se numete electrohidraulic (EH), respectiv diesel hidraulic (DH).

Acionrile pneumatice prezint o serie de avantaje i dezavantaje.

Avantajele:

- necesit o precizie mai mic a prelucrri dect la cele hidraulice;

- se pot folosi n medii explozive;

- au o acionare rapid;

- nu exist pericolul de congelare a agentului motor. Dezavantaje:

5

- prin comprimarea aerului, temperatura lui variaz, necesit sisteme de rcire;

- aerul este compresibil, de acea se realizeaz presiuni mai mici (zeci de atm.)

- n comparaie cu cele hidraulice (sute i mii de atm.);

- randament mai sczut;

- aerul nu are proprieti de ungere (ca i uleiul);

- fa de acionrile electrice au pre de cost mai ridicat (ca i cele hidraulice).

Urmrind schema bloc din figura 2, se constat c pentru realizarea unei acionri

pneumatice sunt necesare:

- generatorul pneumatic (compresorul);

- elementul de execuie (motorul);

- aparate pneumatice;

- aparate auxiliare (aparate electropneumatice).

n figura 2 sunt prezentate elementele pneumatice:

a - sursa de energie pneumatic;

b - element de intrare;

c - element pentru procesarea aerului;

d - element de control final;

e - element de ieire (motor pneumatic).

Sursa de energie este format din: compresor, butelie de aer, regulator de presiune i

unitatea de prepararea a aerului.

Elementele de intrare a semnalului sunt: distribuitoare, senzorii care sunt ataai

mainii de lucru (senzori de proximitate, limitatoare de curs) i butoanele de comand.

Elementele de procesare a aerului sunt: diversele supape de reglare, traductorul

pneumatic/electric (transform presiunea n tensiune), elemente logice, relee.

Elementele de control final sunt: distribuitoare, relee.

Elementele de ieire sunt acele elemente la ieirea crora avem semnalul pneumatic.

Semnalul de ieire produce micarea mainii de lucru (cilindrul pneumatic sau motorul

pneumatic i motorul rotativ pneumatic), sau poate da semnale de avertizare luminoase sau

sonore (bec i sonerie). n figura 3 este reprezentat un circuit pneumatic.

6

I. CIRCUITE LOGICE

1.1. Funcii logice

La baza proiectrii circuitelor digitale st algebra boolean. Algebra Boolean, cunoscut

i sub denumirea de Algebra logic, opereaz cu funcii logice.

Funciile logice sunt funcii de n variabile ce se caracterizeaz prin faptul c att variabilele

ct i funcia nu pot lua dect dou valori distincte ( 0 sau 1).

Numrul N al funciilor de n variabile binare este egal cu 2m, unde m=2n;

Pentru n variabile binare (n bii) exist m=2n configuraii distincte.

Un mod de reprezentare al funciilor logice este tabelul de adevr un tabel care n

cooana/coloanele din stnga listeaz toate elementele mulimii valorilor posibile de intrare, iar n

coloana/coloanele din dreapta (coloanele de ieire) sunt listate valorile corespunztoare ieirilor.

Forme de reprezentare a funciilor logice

1. Expresia logic boolean

f= BABABA

Se poate prelucra (aduce la o form mai simpl) folosind postulatele i teoremele algebrei logice.

2. Tabelul de adevr

Este un tabel care listeaz n coloana (coloanele) din stnga toate elementele mulimii

valorilor posibile de intrare configuraiile distincte ale variabilelor de intrare, iar n coloana

(coloanele) din dreapta coloanele de ieire, sunt listate valorile corespunztoare ieirilor.

3. Funcii de 1 variabil

n=1 variabile de intrare (x) m=2n=21=2 configuraii distincte i

N=2m=22=4 funcii de o variabil (f0, f1, f2 i f3)

x f0 f1 f2 f3

0 0 1 0 1

1 0 0 1 1

f0(x)=0 funcia ZERO

f1(x)= x funcia NOT

f2(x)=x funcia DRIVER

f3(x)=1 funcia TAUTOLOGIE

4. Funcii de 2 variabile

n=2 variabile de intrare (x, y) m=2n=22=4 configuraii distincte ale variabilelor i

N=2m=24=16 funcii de 2 variabile (f0, f1, f2 f15)

x y f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 f15 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

f0(x,y)=0 funcia ZERO f3(x,y)= x funcia NOT f5(x,y)=y funcia NOT

f12(x,y)=x funcia DRIVER f10(x,y)=y funcia DRIVER f15(x,y)=1 funcia TAUTOLOGIE

7

1.2. Pori logice

Circuitele electronice cu ajutorul crora se pot implementa funciile logice se numesc pori

logice. Ele poart aceleai denumiri ca i operaiile logice pe care implementeaz. O poart

accept unul sau mai multe semnale logice de intrare i produce un semnal de ieire. Nivelul logic

al semnalului de ieire depinde de combinaia nivelelor logice ale semnalelor de la intrare,

conform funciei logice pe care o implementeaz poarta respectiv. Funcia logic realizat de o

anumit poart poate fi exprimat (simbolizat) n mai multe moduri: simbol grafic, expresie

analitic, tabel de adevr sau propoziie logic.

Porile logice sunt cele mai simple circuite integrate digitale, fcnd parte din categoria

circuitelor integrate pe scar mic, SSI ( Small Scale Integration), cu mai puin de 50 de

tranzistoare integrate.

Porile logice elementare sunt: Inversorul(NOT), poarta I(AND), poarta SAU(OR), poarta

I-NU(NAND), poarta SAU-NU(NOR), poarta SAU-EXCLUSIV(XOR).

Porile logice se realizeaz att n tehnologie TTL ct i CMOS.

1. Poarta NU

Simbol:

Funcia: AAf )(

Tabel de adevr:

2. Poarta I ( AND)

Simbol:

Funcia: BAf

Tabel de adevr

3. Poarta SAU ( OR)

Simbol

Funcia: BAf

A A

0 1

1 0

A B AB

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

A+B

8

Tabel de adevr

A B A+B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

4. Poarta INU ( NAND)

Simbol

Funcia: BAf

Tabel de adevr

A B BA 0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

5. Poarta SAUNU ( NOR)

Simbol

Funcia: BAf

Tabel de adevr

A B BA 0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

6. Poarta SAUEXCLUSIV( XOR)

Simbol

Funcia BAf

Tabel de adevr

A B A B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

A

9

1.3. Circuite logice combinaionale

Pentru prelucrarea datelor n sistemele digitale i apoi pentru citirea i afiarea rezultatelor

prelucrrii, sunt necesare mai multe etape de lucru:

codarea i decodarea (transformarea datelor dintr-un cod n altul)

multiplexarea (transmiterea ctre o ieire a unei singure informaii dintr-un grup de

informaii)

demultiplexarea (introducerea succesiv a datelor la diferite adrese posibile)

Toate aceste operaii pot fi realizate cu ajutorul porilor logice conectate n combinaii

rezultate n urma stabilirii funciei (funciilor) logice de transfer pe care trebuie s o (le) realizeze

circuitul.

Circuitele logice combinaionale (C.L.C.) sunt circuite fr memorie (independente de

propriile stri anterioare), caracterizate prin faptul c semnalele de ieire sunt combinaii logice ale

semnalelor de intrare, existnd numai atta timp ct acestea din urm exist.

Schema bloc a unui circuit logic combinaional este dat n figura de mai jos, iar funciile

de ieire ale acestuia pot fi scrise sub forma:

yk = yk (x1, x2, ... , xn), cu k = 1, 2, ... , m.

n general circuitele logice combinaionale sunt circuite integrate pe scar medie

(codificatoare, decodificatoare, multiplexoare, demultiplexoare, sumatoare, comparatoare) dar si

pe scar mare (memorii nevolatile - ROM, matrice logice programabile - PLA).

Codificatoare

Codificatorul este circuitul logic combinaional care genereaz la ieire un cod unic pentru

fiecare intrare activat. Un codificator are un anumit numr de intrri (codul de intrare), dintre

care doar una poate fi activat la un moment dat i N ieiri care reprezint numrul de bii ai

codului n care sunt reprezentate informaiile de la intrare. La un circuit de codare numrul de bii

ai codului de ieire este mai mic dect numrul de bii ai codului de intrare.

Codificator din sistemul de numeraie zecimal n sistemul de numeraie binar.

n figura de mai jos este prezentat schema bloc. Circuitul are 10 intrri, corespunztoare

celor 10 cifre zecimale: 0,1.2,3,4,5,6,7,8,9 i genereaz un, la ieire un cod de 4 bii. La aplicarea

la intrare a unei cifre zecimale, i se activeaz intrarea Ii, iar la ieire se genereaz codul binar

corespunztor cifrei i.

x1

x2

xn

y1

y2

ym

10

Funcionarea circuitului este descris n tabelul de adevr de mai sus.

Pe baza tabelului, se observ c ieirea O3 are valoarea logic 1 numai atunci cnd la

intrare se plic cifra 8 sau 9, adic atunci cnd este activat intrare I8 i intrarea I9, deci funcia

logic corespunztore ieirii O3 este:

O3 = I8 + I9

Urmnd acelai raionament, se deduc i expresiile funciilor logice corespunztoare

celorlalte ieiri:

O2 = I4 + I5+ I6+ I7

O1 = I2 + I3+ I6+ I7

O0 = I1 + I3+ I5+ I7+ I9

Structura circuitului codificator, implementat pe baza ecuaiilor deduse mai sus, este

reprezentat n figura de mai jos:

Circuitul se compune din 4 pori SAU cu 2,4 i 5

intrri.

Analiznd circuitul codificator implementat se

constat dou deficiene:

1. La ieire nu se poate face distincia ntre situaia n

care la intrare se activeaz intrarea I0, respectiv cifra 0 i

situaia n care nici o intrare nu este activat.

Aceast deficien se nltur prin adugarea unei

intrri suplimentare care va indica activarea uneia dintre

intrri.

2. Circuitul nu funcioneaz corect atunci sunt activate

mai multe intrri simultan.

Aceasta deficien se poate elimina prin introducerea unei prioriti n generarea codului.

La o codificare cu prioritate, fiecrei intrri Ii i se atribuie o anumit prioritate. Astfel, la activarea

simultan a mai multor intrri, codificatorul prioritar va genera numai codul intrrii activate care

are prioritatea cea mai ridicat.

Codificatoarele se realizeaz sub form de circuite integrate pe scar medie(MSI).

Circuitele integrate reprezentative sunt

Observaie: Codificatorul se implementeaz cu pori SAU atunci cnd intrrile sunt active

n 1 logic. Atunci cnd intrrile sunt active n 0 logic, implementarea codificatorului se realizeaz

cu circuite de tip NAND.

11

Decodificatoare

Decodificatoarele sunt circuite logice combinaionale cu n intrri i m ieiri care activeaz

una sau mai multe ieiri n funcie de cuvntul de cod aplicat la intrare (m=2n).

Aplicaiile decodificatoarelor sunt:

Decodificatoare de adrese pentru selecia unei locaii de memorie sau a unui periferic de

intrare-ieire. Memoriile i porturile perifericelor sunt legate la aceiai linii prin care sunt trimise

adresele de selecie. La un moment dat numai un periferic (sau locaie de memorie) poate fi

selectat i anume acela care este legat la ieirea activat a decodificatorului adresei.

Decodificatoare BCD-zecimal, care pot fi realizate prin proiectare specific cu ajutorul

diagramelor V-K i apoi implementate n circuite

Decodificatoare pentru afioare pe 7 segmente, care au ca intrri cei 4 bii ai codului

BCD (zecimal codificat binar) iar ca ieiri cele 7 segmente ale cifrelor zecimale.

Implementarea funciilor logice.

Decodificatorul de adres

Decodificatorul de adres activeaz linia de ieire a crei adres codificat binar este

aplicat la intrri.

Schema bloc i tabelul de adevr al unui decodificator de adres cu n=2 intrri i m=22=4

ieiri este prezentat n figura de mai jos.

Din tabelul de adevr se obin expresiile funciilor de ieire.

0AAY ; AAY ; AAY ; AAY 13012011010

O varianta de implementare este prezentat n figura de mai jos.

A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3

0 0 1 0 0 0

0 1 0 1 0 0

1 0 0 0 1 0

1 1 0 0 0 1

DCD 0

1

0 1

3 2

1 0

Y1

Y2

3

12

Decodificatorul CD-zecimal

Prescurtarea BCD semnific n limba romn "zecimal codat binar".

Schema bloc a unui decodificator BCD-zecimal este prezentat n figura de mai jos.

Spre deosebire de codul binar natural, BCD nu include combinaiile binare 1010, 1011,

1100, 1101, 1110, 1111, combinaii ce corespund numerelor zecimale 10, 11, 12, 13, 14 i 15.

Apariia oricreia din cele 6 combinaii de intrare excluse, duce toate ieirile n starea "1".

Se spune c decodificatorul rejecteaz datele false.

Multiplexoare

n situaia n care trebuie s implementm o funcie logic cu un numr mare de variabile,

proiectarea cu pori logice devine foarte complicat. Mai mult, soluia nici nu mai este economic

deoarece preul unui circuit integrat nu crete proporional cu complexitatea sa, pe cnd

cheltuielile legate de realizarea circuitului imprimat i lipirea circuitelor cresc proporional cu

numrul de capsule utilizate. O rezolvare elegant este aceea care folosete un multiplexor (MUX)

digital.

Multiplexorul este un circuit combinaional care transmite un semnal de la o intrare

selectat la o ieire unic. Se mai numete circuit selector. n general, un multiplexor are 2n intrri

de date, n intrri de selecie i o ieire.

F

unci

onar

ea sa

este

foart

e

simpl: starea ieirii Y este identic cu aceea

a uneia dintre intrri, intrare selectat prin liniile de adrese. Aa cum se vede n imaginea de

mai sus, multiplexorul digital funcioneaz ca un fel de comutator rotativ, poziia sa fiind

determinat de liniile de adrese.

Multiplexoarele integrate posed, n general, dou ieiri complementare Y i Y , i o

intrare de validare a ieirii sau selecia circuitului E .

Multiplexoarele au diverse utilizri:

13

-Pentru comutarea mai multor surse de informaie ctre o singur destinaie;

-Pentru realizarea magistralelor de transmitere a informaiilor;

-Pentru conversia paralel-serie a datelor, aplicnd datele n paralel la intrrile de date i

modificnd succesiv codul de selecie;

-Pentru implementarea circuitelor combinaionale.

Demultiplexoare

Demultiplexoarele (DMUX) sunt circuite logice combinaionale care asigur transmiterea

datelor de la o singur surs de date la m receptoare succesive. Selecia receptorului se realizeaz

cu un cod de selecie de n bii (m=2n).

Demultiplexarea este operaia invers multiplexrii. Pornind de la definiia

demultiplexorului, se construiete tabelul de adevr al unui DEMUX cu 4 ieiri, se scrie forma

canonic disjunctiv i se implementeaz: Circuitul de demultiplexare cu m=4 ieiri (Y0,Y1, Y2,

Y3), are n=2 linii de adres (A0,A1)

A1 A0 I Y0 Y1 Y2 Y3

0 0 I I 0 0 0

0 1 I 0 I 0 0

1 0 I 0 0 I 0

1 1 I 0 0 0 I

14

O analiz atent a schemei demultiplexorului arta c ea este identic cu aceea a unui

decodor cu o intrare de validare. Pentru a fi folosit ca demultiplexor, intrrile decodorului sunt

folosite ca intrri de selecie, iar intrarea de validare este folosit ca intrare de date.

Nu se fabric circuite integrate demultiplexoare. Pe post de demultiplexoare se poate folosi orice

decodificator care are o intrare de validare. Dac aceasta este activ pe 0 se obine un

demultiplexor neinversor iar dac este activ pe 1 se obine un demultiplexor inversor. Pentru c

pot fi folosite n ambele scopuri, circuitele integrate de acest tip sunt denumite DECODOARE/

DEMULTIPLEXOARE.

Comparatorul digital

Comparatorul digital este circuitul logic combinaional care realizeaz determinarea valorii

relative a dou numere binare A i B. Mrimile de intrare ale comparatorului sunt cei n bii ai

fiecruia dintre cele dou numere, iar cele trei ieiri au rolul de a indica una dintre relaiile A = B,

A < B, A > B care este adevrat.

Comparatorul digital de un bit

n figura de mai jos este prezentat comparatorul de 1 bit:

Pentru compararea celor dou numere de cte un bit fiecare, se definesc urmtoarele

funcii:

- funcia de inferioritate, BAfi , care ia valoarea logic 1 numai cnd AB, adic atunci

cnd A=1 i B=0.

Sintetic, se poate scrie:

B. A pentru 1BA

B;= A pentru 1BA

B; A pentru 1BA

Aceste relaii ne ajut s construim tabelul de adevr al comparatorului de 1 bit:

A B BA BA BA

15

0 0 0 1 0

0 1 1 0 0

1 0 0 0 1

1 1 0 1 0

AB

Detectorul de paritate

Detectorul de paritate este un circuit logic combinaional care are rolul de a determina

paritatea sau imparitatea numrului de variabile de intrare egale cu 1 logic.

Implementarea detectorului de paritate se bazeaz pe proprietile funciei SAU-

EXCLUSIV (XOR).

1.4. Circuite logice secveniale

Circuitele logice secveniale sunt circuite cu pori logice la care starea ieirilor depinde att

de starea intrrilor ct i de starea anterioar a ieirilor. Datorit reaciei ce apare n aceste circuite

ele posed un comportament parial independent de semnalele aplicate la intrare.

Se prezint cel mai simplu element de memorare ce poate fi construit pornind de la circuite

logice elementare ( NAND, NOR sau alt tip de poart logic elementar).

Se studiaz funcionarea acestui circuit ( celul de memorare asincron)

Se completeaz tabelul de adevr

S R Qn+1 Qn+1

0 0 Qn Qn

1 0 1 0

0 1 0 1

1 1 Stare de nedeterminare

A B

R

S

Q

Q

16

Se completeaz schema cu o intrare pentru semnalul de ceas ( CLOCK) i circuitul logic

combinaional adecvat i se studiaz funcionarea celulei de memorare sincron

Numrtoare

Un bistabil T este un circuit, comandat prin T = 1, de numrare binar. Pentru obinerea

unui numrtor de capacitate mai mare se folosesc circuite formate din mai multe bistabile de tip

T. n funcie de modul de conectare a acestora se definesc dou categorii de numrtoare:

- numrtoare asincrone, la care impulsul de ceas nu comut n acelai moment de timp

pentru toate celulele de numrare ( bistabil de tip T sau J-K) i la care intrrile de tip T sunt

costant egale cu 1 logic.

- numrtoare sincrone, carcterizate prin faptul c impulsurile de ceas sunt aplicate

simultan i ntotdeauna tuturor bistabililor, iar intrrile de tip T pot lua cele dou valori logice n

funcie de tranziia realizat de sistem.

Numrul strilor distincte ale unui numrtor format din n bistabile este 2n, deci

numrtorul este modulo 2n. Fiecrei stri i se poate asocia cte un cuvnt de cod binar de

lungime n, reprezentnd ieirile celor n bistabile pentru starea dat a numrtorului. Codul de

numrare este dat de succesiunea cuvintelor de cod asociate strilor numrtorului.

Numrtoare asincrone

Se analizeaz funcionarea unui numrtor asincron cu patru celule de numrare

Tabelul de succesiune a strilor pentru numrtorul binar de 4 bii este

Stare Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 0

3 0 0 1 1

4 0 1 0 0

5 0 1 0 1

6 0 1 1 0

7 0 1 1 1

8 1 0 0 0

9 1 0 0 1

10 1 0 1 0

11 1 0 1 1

12 1 1 0 0

13 1 1 0 1

14 1 1 1 0

15 1 1 1 1

Folosind proprietatea bistabilului JK cu intrrile J = K = 1 de a trece n starea

complementar la fiecare impuls de tact, pentru realizarea numrtorului se aplic

impulsurile de tact bistabilului asociat bitului de rang inferior (Q0). La fiecare comutare din 1 n 0

a acestui bistabil se obine un front negativ care se utilizeaz pentru comanda bistabilului asociat

bitului urmtor, Q1. Se obine circuitul din figura urmtoare:

17

Se prezint numrtorul asincron, cu numrare direct, cu patru celule de numrare

Se analizeaz funcionarea i se prezint utilizri ale numrtorului, n special n

automatizri.

Se construiete diagrama de timp pentru numrtorul prezentat

Numrtoare sincrone

n cazul numrtoarelor sincrone, impulsurile de tact sunt aplicate simultan la

toate bistabilele, care vor comuta n acelai timp, deci nu succesiv ca n cazul

numrtoarelor asincrone. Se elimin astfel ntrzierile cumulative datorit bistabilelor, frecvena

de lucru nefiind limitat dect de ntrzierea datorat unui singur bistabil i de

ntrzierea introdus de porile logice adugate.

Considerm un numrtor binar de 4 bii (modulo 16). Pentru realizarea acestuia

n varianta sincron cu bistabile de tip J-K conectate ca bistabile T, consultm tabelul

de succesiune a strilor. Se poate observa c un anumit bistabil din numrtor,

cu excepia bistabilului Q0, care comut la fiecare impuls de tact, comut numai

atunci cnd toate bistabilele de ordin inferior au ieirea 1 logic n starea anterioar.

De exemplu, Q3 comut atunci cnd Q2, Q1, Q0 sunt la 1 logic n starea anterioar.

Din aceast observaie, rezult ecuaiile intrrilor bistabilelor J-K:

J0 = K0 = 1

J1 = K1 = Q0

J2 = K2 = Q0 Q1

J3 = K3 = Q0 Q1 Q2 care se mai pot scrie i n felul urmtor:

J0 = K0 = 1

J1 = K1 = Q0

J2 = K2 = Q0 J1

J3 = K3 = Q2 J2

18

Rezult schema logic a unui numrtor sincron cu patru celule de numrare, cu numrare

n sens direct:

Circuitul mai are o intrare pentru semnalul de tergere asincron, notat de obicei cu CL (

CLEARE) sau RESET.

Pentru proiectarea unui numrtor cu lungimea ciclului de numrare mai mic dect 2n

(unde n este numrul de bistabile), sau pentru numrarea ntr-un alt cod, se pot utiliza diagramele

Karnaugh i tabelele adevr ale bistabilelor pentru determinarea ecuaiilor intrrilor bistabilelor.

Modul de funcionare al numrtorului este complet specificat prin secvena de numrare, care

reprezint succesiunea de stri ale acestuia. Din secvena de numrare se pot ntocmi tabelele de

adevr ale bistabilelor, de unde rezult funciile de comand (ecuaiile intrrilor). Se poate studia

funcionarea numrtorului asincron 74193, i cu numrare n cod BCD.

Registre de deplasare

Un bistabil master-slave poate fi extins formnd o structur cu un numr par de latch-uri.

Se obine un registru de deplasare serie. Utiliznd bistabili de tip master-slave se poate realiza i

o extensie serie-paralel, sub forma registrului paralel de stocare. De asemenea se pot concepe i

structuri n care, prin modul n care sunt interconectate bistabilele de tip D, cu ajutorul unor

circuite logice combinaionale, s se poat obine att registre serie, ct i paralel, cu funcia

controlat de intrri de selecie.

Registre de deplasare serie

Un registru de deplasare serie de patru bii este format din opt latch-uri, patru de tip master,

patru de tip slave (adic patru bistabili master-slave de tip D), conectate n cascad

Datorit modului de interconecatre a celor patru bistabili i a aplicrii ceasului simultan

ntregul ansamblu comut astfel:

DINn = Q0

n+1 , Q0n = Q1

n+1 , Q1n = Q2

n+1, Q2n = Q3

n+1= DOUTn+1, deci DOUT

n = DINn-4

Registre de deplasare paralel

D0

Q0

D1

Q1

D2

Q2

D3

Q3

DI

N

LK

DO

UT

19

Un registru paralel, de stocare, reprezint o colecie de bistabili de tip D acionai sincron

de un semnal de ceas. Funcia principal a unui registru paralel este aceea de stocare temporar a

unor configuraii binare ntr-o zon uor accesibil prelucrrii, este o memorie al crei coninut are

o dinamic puternic.

Seriile uzuale de circuite integrate conin registre cu un numr de patru pn la opt celule

de memorare.

Registre mixte

Realizeaz deplasarea datelor att serie ct i paralel

Exemplu: circuitul 74194 care poate realiza att deplasarea serie de la stnga la dreapta,

deplasarea serie de la dreapta la stnga i ncrcarea paralel, n funcie de codul de selecie a

intrrilor S0 S1. Se analizeaz funcionarea circuitului

CLK

D

I0

Q0

CLK

D

1

Q1

CLK

D

In

Qn

LK

20

II. CILINDRI PNEUMATICI ntr-o instalaie acionat pneumatic,

elementele de execuie ale respectivei instalaii

sunt motoarele pneumatice. Acestea transform

energia pneumatic n energie mecanic ce

servete la antrenarea mecanismelor instalaiei.

Alimentarea elementelor de execuie

pneumatice se face cu energie de la

regulatoarele pneumatice (0.2 t 1 bar), sau

electronice, prin intermediul convertorului electro-pneumatic.

Utilizarea motoarelor de execuie pneumatice prezint urmtoarele avantaje:

- fluidul folosit (aerul) nu prezint pericol de incendiu;

- dup utilizare, aerul este evacuat n atmosfer, nefiind necesare conducte de

ntoarcere ca la cele hidraulice;

- pierderile de aer n anumite limite, datorate neetanietii, nu produc deranjamente;

- sunt simple, robuste, sigure n funcionare i necesit cheltuieli de ntreinere reduse.

Dezavantajele acestor motoare sunt urmtoarele:

- viteza de rspuns este mic

- precizia motoarelor pneumatice este redus.

Utilizarea servomotoarelor pneumatice este indicat n urmtoarele cazuri:

- necesitatea unui sistem de acionare cu greutate redus;

- temperatura mediului ambiant este ridicat i eu variaii mari:

- mediul ambiant este exploziv;

- nu se cere precizie mare:

- nu se cer viteze de lucru mari.

Motoarele pneumatice pot fi: rotative i liniare (cu piston sau cu membran).

Motoarele liniare (cilindrii)

Au aplicaii foarte largi si se construiesc ntr-o gam tipo-dimensional extrem de

diversificat. Dup tipul constructiv, se poate face o clasificare general a cilindrilor:

- cilindri cu simpl aciune (simplu efect):

- cu revenire cu arc:

- cu revenire sub aciunea unei fore rezistente.

- cilindri eu dubl aciune (dublu efect):

- cu tij unilateral;

- cu tij bilateral.

- cilindri n tandem:

- cu amplificare de for:

- avnd cursa n dou trepte.

21

Cilindri cu simpl aciune

(figura 2.1) sau cilindrii cu simplu efect se utilizeaz acolo unde doar pe cursa de avans (sau

cea de retragere) este necesar dezvoltarea forei motoare: dispozitive de prindere i fixare,

mpingerea pieselor, opritoare, tane, etc. Astfel, doar o camer a cilindrului este alimentat cu aer

comprimat, revenirea n poziia iniial realizndu-se sub aciunea resortului. Fora teoretic de

avans (neglijnd frecrile interne) este dat de presiunea ce acioneaz pe suprafaa pistonului din

care se substrage fora de reaciune a arcului. Fora arcului este calibrat de aa natur nct aduce

napoi pistonul fr sarcin pn la poziia sa iniial. Se utilizeaz de regul pentru curse de pana

la 100 mm.

Fig. 2.1. Cilindru cu simpl aciune

Cilindri cu dubl aciune

(figura 2.2) sau cilindrii cu dublu efect sunt utilizai cu precdere acolo unde ambele curse

trebuie s dezvolte for motoare. Din punct de vedere constructiv prezint dou orificii pentru aer

comprimat, prevzute n capacele cilindrului. Pentru deplasarea pistonului ntr-un sens (extindere)

se conecteaz racordul A la presiune iar racordul B la atmosfer. Pentru a efectua cursa de retragere

se inverseaz modul de conectare al racordurilor.

Fig. 2.2. Cilindru cu dubl aciune

Cilindri cu dubl aciune i frnare la capt de curs

(figura 2.3). Frnarea ansamblului mobil la capt de curs este necesar pentru a evita

ocurile ce pot avaria cilindrii sau mecanismele puse n micare de acetia. Se poate observa c

pentru ambele curse, de avans si de revenire, este prevzut un circuit suplimentar de evacuare a

camerei pasive printr-o seciune droselizat.

22

Fig. 2.3. Cilindru cu dubl aciune i frnare la capt de curs

Pentru cursa de avans, de exemplu, n momentul n care manonul ajunge n dreptul

etansrii, evacuarea camerei din dreapta nu se mai poate face prin spaiul dintre tija si capac. Aerul

este obligat s curg prin orificiul a crui seciune este reglat de drosel. Aceast seciune fiind mult

micorat, debitul de aer evacuat este mai mic.

Rezultatul este apariia unei contrapresiuni n zona captului de curs ce se opune deplasrii

pistonului spre dreapta, deci l frneaz. n funcie de reglajul efectuat asupra droselului se obine

un efect de frnare mai redus sau mai puternic. Reglnd n mod diferit cele dou drosele, se obin

efecte de frnare diferite pe capetele de curs.

Cilindri n tandem

(figura 2.4), reprezint un ansamblu (tandem) compus din doi cilindri dubl aciune ntr-o

singur unitate cu scopul amplificrii forei exercitate de cilindru (pn la dublu). Acest cilindru

este folosit acolo unde este nevoie de putere mrit i gabarit diametral relative redus impus de

condiiile de instalare.

Fig. 2.4. Cilindru dublu

Motoare liniar oscilant cu tij-cremalier

Se utilizeaz atunci cnd sunt necesare momente de torsiune mari i unghiuri de rotaie fixe.

Micarea de rotaie se obine la axul de ieire datorit angrenrii dintre cremalier ce unete cele

dou pistoane i pinionul montat pe ax. (figura 2.5) Rotirea n sens orar a axului se realizeaz prin

alimentarea cu aer comprimat a racordului A i ventilarea racordului B.

Frnarea la capt de curs este similar cu soluia tehnic ntlnit la cilindri, folosind un

traseu ocolitor droselizat. Patina are rolul de a ghida cremaliera i a asigura angrenarea cu pinionul.

Fig. 2.5. Cilindru oscilant cu tij-cremalier

23

III. DISTRIBUITOARE Sistemele de acionare hidraulic sau pneumatic necesit

dispozitive de reglare a debitului i control a direciei curgerii fluidului de

la pomp sau compresor la diferitele dispozitive de execuie.

Dei exist diferene semnificative de ordin practic ntre

dispozitivele pneumatice i cele hidraulice (n principal datorate unor

diferene de presiuni de funcionare i tipuri de etanri necesare pentru gaz

sau lichid), principiile de funcionare sunt foarte similare.

Distribuitoarele sunt elemente hidraulice sau pneumatice ce pot

ndeplini urmtoarele funcii:

a) realizeaz diferite conexiuni hidraulice ntre racorduri (funcia de distribuie);

b) regleaz debitul pe circuitele realizate ntre racorduri (funcia de reglare).

Elementele care ndeplinesc numai prima funcie se numesc "distribuitoare direcionale" i

trebuie s introduc pierderi de presiune minime ntre racorduri pentru a nu afecta randamentul

transmisiilor din care fac parte.

Elementele care realizeaz i funcia de reglare se numesc "distribuitoare de reglare", iar

din punctul de vedere al teoriei sistemelor sunt amplificatoare mecanohidraulice (raportul dintre

puterea hidraulic comandat i puterea mecanic necesar pentru comand este mult mai mare ca

unitatea).

O simbolizare foarte concis a unui distribuitor presupune indicarea cel puin a numrului

de ci, a numrului de poziii, a racordurilor i a modului de comand.

ex. Distribuitor 5/2

prima cifr arat numrul de ci, iar a doua, numrul de poziii pe care se poate comuta

distribuitorul; cele dou indicaii sunt desprite printr-o bar nclinat:

Distribuitor cu 3 ci i 2 poziii (3/2) cu supap sferic

24

Fig. 3.2. Distribuitor 3/2 cu supap sferic a) n poziie neacionat; b) n poziia acionat.

n figura 3.2.a. este prezentat un distribuitor cu 3 ci i 2 poziii (3/2) cu supap sferic.

Dac plunjerul este neapsat (Fig. 3.2.b) atunci racordul 2 se ventileaz n atmosfer prin orificiul

3 din plunjer. Legtura ntre racordurile 1 i 2 este blocat de supapa nchis. La apsarea

plunjerului orificiul 3 este izolat, supapa este apasat i se deschide legtura 1-2.

Distribuitor 3/2 normal nchis respectiv normal deschis cu

supap disc

Fig. 3.3. Distribuitor 3/2 normal nchis cu supap disc. a) n poziie neacionat; b) n

poziia acionat.

Dac n poziia neacionat distribuitorul are legtura dintre intrare i ieire ntrerupt, se

numete c este de tipul normal nchis. n caz contrar (dac n poziia neacionat distribuitorul

permite trecerea fluidului de la portul de intrare la cel de ieire), distribuitorul este de tipul normal

deschis.

n figurile 3.3 i 3.4 se prezint un distribuitor 3/2 normal nchis respectiv normal deschis

cu supap disc. Funcionarea acestora este asemntoare cu cea a distribuitorului anterior.

Fig. 3.4. Distribuitor 3/2 normal deschis cu supap disc. a) n poziie neacionat; b) n

poziia acionat.

25

Fig. 3.5. Distribuitor 3/2 normal nchis cu supap disc, comandat pneumatic, a) n poziie

neacionat; b) n poziia acionat.

Fig. 3.6. Distribuitor pilot pentru comanda unui distribuitor principal (prezentat n poziia

acionat).

Un tip de distribuitor des ntlnit este cel din figura 3.7. Este tot de tipul 3/2 normal nchis

i deosebete ca senzor de capt de curs. Datorit faptului c fora de apsare pe rol trebuie s

fie ct mai c, acest distribuitor este unul pilotat. Rola apas plunjerul supapei de comand (care

necesit for c) pemind accesul aerului comprimat n spatele pistonului de pilotare care are

suprafaa mai mare pentru a putea dezvolta fora necesar apsrii supapei principale a

distribuitorului. Supapa de comand i tonul de pilotare realizeaz astfel un etaj de amplificare

pneumatic.

Fig. 3.7. Distribuitor 3/2 pilotat (cu comand mecanic prin rol)

a) n poziie neacionat; b) n poziia acionat.

26

Fig. 3.8. Distribuitor 4/2 cu comand mecanic a) n poziie neacionat; b) n poziia

acionat,

Distribuitor 4/3 cu sertar rotativ, acionat manual cu manet

n figura 3.9 se prezint un distribuitor 4/3 cu sertar rotativ, acionat manual cu manet. n

corpul sertarului sunt practicate dou canale de forma unor arce de cerc care au rolul de a realiza

legturile ntre orificii.

Fig. 3.9. Distribuitor 4/3 cu sertar rotativ (comand manual)

Distribuitor cu sertar cilindric, pilotat

n figura 3.10 este prezentat un distribuitor cu sertar cilindric, pilotat. La aceste

distribuitoare comutarea funciilor se realizeaz datorit seciunilor diferite ale sertarului care (prin

deplasare) astup sau deschide legturile dintre cavitile practicate n corpul distribuitorului,

corespunztoare orificiilor de racordare. Comanda acestui distribuitor este realizat de ctre piloii

(elementele de tip piston) montate la capetele sertarului.

La alimentarea racordului de pilotare 12 sertarul este deplasat spre stnga realizndu- se

legtura ntre racordurile 1 i 2 respectiv 4 i 5. Pentru comutarea poziiei distribuitorului este

necesar ventilarea racordului 12 i alimentarea racordului 14. Datorit faptului c distribuitorul

nu revine n poziia iniial dup dispariia comenzii, spunem c este cu reinere sau bistabil.

27

Fig. 3.10. Distribuitor 5/2 cu sertar cilindric (comand pneumatic)

Fig. 3.11. Distribuitoare 5/3 cu sertar cilindric (comand pneumatic i revenire cu arc)

Fig. 3.12. Distribuitor 5/2 cu sertar cilindric comandat pneumatic i mecanic

28

IV. SUPAPE Sunt elemente pneumatice care pot avea funcii de reglare i

control a parametrilor agentului de lucru din circuit.

Dup funciile pe care le au, supapele se clasific: supape de

selectare i supape de sens.

Supape de selectare sunt cele care selecteaz fie cile de

transmitere a agentului de lucru, fie agentul de lucru caracterizat de

anumii parametri.

Supapa de selectare cu dou presiuni sau element logic I.

Se poate vedea o seciune din supapa cu element logic I n figura 4.15.a.

Dac racordul 1 sau 3 este alimentat, sub efectul forei de presiune supapa blocheaz

accesul din racordul respectiv la racordul 2.

Dac ambele orificii sunt alimentate la aceeai presiune, orificiul 2 va fi alimentat, de la

orificiul 1 sau 3 sau i 1 i 3 (poziia elementului mobil este indiferent).

Dac ambele racorduri de comand vor fi alimentate, dar la presiuni diferite, racordul 2 va

fi alimentat la presiunea cea mai mic.

Fig. 4.1. Supape cu funcii logice a) supapa I; b) supapa SAU

Tabelul de adevr al acestei supape arat astfel:

1 3 2

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Supapa de selectare sau element logic SAU

Dac orificiile 1 i 3 sunt alimentate la aceeai presiune, prin orificiul 2 va curge fluid

avnd presiunea respectiv, orificiile de alimentare putnd fi 1 sau 3 sau 1 i 3 (fig.4.1.b). Dac

este alimentat numai orificiul 1 sau numai-orificiul 3, orificiul nealimentat este obturat, iar

orificiul alimentat este conectat la orificiul 2. Dac sunt alimentate ambele orificii de comand 1 i

3, dar la presiuni diferite, conectorul 2 va fi la presiunea cea mai mare dintre acestea (funcia de

selectare). Funcionarea acestei supape este descris n tabelul de adevr de mai jos:

1 3

r

si

0 0 0

0 1

1 0

29

1 1

Supapa de sens

Conform figurii 4.2 dac apare o curgere de fluid de la stnga la dreapta, fora de presiune

mpinge elementul mobil (talerul), arcul se comprim, iar agentul de lucru trece prin spaiul dintre

elementul mobil, arc i corpul supapei. La o curgere invers, fora de presiune, se nsumeaz cu

fora din arc i se opun deschiderii supapei, deci agentul de lucru nu poate traversa supapa.

Fig. 4.2. Supap de sens unic cu arc

Supapa cu descrcare rapid se utilizeaz pentru golirea rapid a camerelor cilindrului,

permind reducerea considerabil a timpilor de rspuns ai cilindrilor.

Funcionarea supapei: n figura 4.3 presiunea aerului ptrunde prin orificiul 1 blocnd

orificiul 3 i este evacuat prin orificiul 2. Dac aerul intr prin orificiul 2, orificiul 1 este blocat i

este evacuate prin orificiul 3

Fig. 4.3. Supap de evacuare rapid cu amortizor

Supapa de succesiune (secvenial)

Are rolul de a conecta (deconecta) dou circuite pneumatice atunci cnd n unul din ele sau

ntr-un alt circuit presiunea atinge o anumit valoare, prestabilit (figura 4.4). Supapa de

succesiune este echivalentul presostatului din circuitele electro-pneumatice i poate fi ntlnit att

n etajele de comand ct i n cele de for. Cnd presiunea pe racordul 12 depete valoarea

prestabilit, supapa reglabil se deschide i permite alimentarea pilotului distribuitorului, respectiv

comutarea distribuitorului n cealalt poziie funcional.

30

Fig. 4.4. Supap secvenial reglabil

Supape regulatoare de presiune

Supapele regulatoare de presiune (Fig. 4.5), permit reglarea presiunii ntr-un circuit

pneumatic n aval la valoarea dorit (n domeniul de lucru al aparatului) i menin constant

aceast valoare. La creterea presiunii n aval (portul 2) ca urmare a scderii consumului,

membrana elastic se deformeaz deplasndu-se n sus mpreun cu plunjerul, reducnd astfel

seciunea de intrare a aerului, respectiv debitul de aer prin supap i implicit se reduce presiunea n

aval.

Fig. 4.5. Regulator de presiune

Dac presiunea din aval scade, membrana elastic se deformeaz n jos sub efectul forei

din arc, plunjerul coboar iar seciunea de intrare a aerului n amonte crete, crescnd debitul de

aer prin regulator, ceea ce conduce la creterea presiunii n aval.

31

IV. Aplicaie FLUIDSIM

Instalaie pneumatic de securizare a prelucrrilor prin achiere

32

BIBLIOGRAFIE

1. Frando S.,................. Mecatronic, Editura Economica 2. Robert M. Preuniversitaria, Bucureti, 2006 3. Friloiu Gh.,............. Electrotehnic i electronic

aplicat, Ed. 4. ugulean A. Didactic i pedagogic, Bucureti,

2005 5. Mare F si colectiv.. Elemente de comand i

control, Editura Negro, Galai, 2001 6. Clin S. Aparate i echipamente de

automatizare,Ed. Didactic i pedagogic, Bucureti,1996 7. Trifu A Electronic digital, Editura Economic

Preuniversitar, Bucureti, 2000 8. Festo.. Manual pentru mecatronic i

electronic