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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Funzione logica OR.

Oggi vorrei mettere in evidenza alcune soluzioni che è possibile adottare quando la movimentazione deve essere comandata da più postazioni. Vi introdurrò in particolare l'utilizzo degli elementi circuitali pneumatici che permettono di realizzare alcuni operatori logici. Forse qualcuno di voi ha già sentito parlare di algebra booleana. Ad ogni modo cercherò di introdurre solo i concetti che possono tornarci utili per la realizzazione degli schemi per la movimentazione del cancello di figura 3.

Supponiamo allora che esso sia il cancello di una villa e che come tale debba potere essere manovrato sia dal piano terra che dal piano superiore. Ci dovranno quindi essere due coppie di pulsanti V1, V2 e V1’, V2’, una per ogni piano, che creino gli stessi segnali di apertura o chiusura cancello. In altre parole, premendo V1 o V1’ (o tutti e due insieme) si deve generare il segnale “CHIUDE”. Lo stesso vale per V2 e V2’ e il segnale “APRE”. Le condizioni appena descritte sono definite OR e possono essere riassunte come in tabella 1 supponendo, ad esempio, che il cancello sia inizialmente chiuso.

Tabella 1 - Combimazioni di V2 e V2' collegate in OR.

Se adesso associamo la cifra “0” agli stati di pulsante non premuto e assenza del segnale in uscita dalla valvola OR e la cifra “1” agli stati di pulsante premuto e presenza del segnale in uscita dalla OR si ottiene la tabella 2 detta Tabella di verità.

tab. 2 - Tabella di verità della funzione OR.

La figura 7 mostra lo schema per la realizzazione di una funzione logica OR. Alla luce di essa possiamo fare le seguenti considerazioni:

1. Se nessuno dei pulsanti è premuto non si genera nessuna segnale;
2. Premendo solo il pulsante di V2 si genera il segnale che arriva alla valvola OR la quale lo fa passare generando il segnale “APRE” in uscita;
3. Premendo solo il pulsante di V2’ si genera il segnale che arriva alla valvola OR la quale lo fa passare generando il segnale “APRE” in uscita;
4. Premendo entrambi i pulsanti i due segnali generati arrivano alla valvola OR che li fa passare contemporaneamente generando il segnale “APRE” in uscita.

Soltanto nel primo caso il cancello rimane fermo. In tutti gli altri casi il segnale in uscita dalla valvola OR fa aprire il cancello. Lo stesso discorso va fatto per le valvole V1 e V1’ e il segnale “CHIUDE”.

Lo schema del circuito pneumatico per la movimentazione del cancello comandato dai due piani è mostrato in figura 8.

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Bibliografia.

[1] Caligaris, L., Fava, S., Tomasello, C., TeknoMech. Tecnologia meccanica e Laboratorio, Hoepli, Milano, 2003.

[2] Giaquinto, D., Rubin, S., Automazione, Editrice San Marco, Bergamo, 2006.

Movimentazione di un cancello - soluzione 2.

Possiamo “migliorare” il circuito visto nel post precedente introducendo nello schema un comando di apertura e chiusura a “memoria”. Se i segnali generati dalle valvole V1 e V2 sono utilizzati come segnali di comando per la commutazione di una valvola V3 5/2 bistabile collegata alle due camere del cilindro, si ottiene lo schema di figura 5.

Premendo il pulsante di V2 il suo segnale fa commutare la V3 la quale collega a scarico la camera sinistra del cilindro e indirizza il flusso di aria compressa alla camera di destra con conseguente rientro dello stelo e apertura del cancello. Anche rilasciando il pulsante, la valvola V3 rimane in posizione tenendo in pressione la camera del cilindro bloccando così lo stelo. Al contrario premendo il pulsante di V1 il suo segnale fa ricommutare V3 che collega la camera di destra a scarico e indirizza il flusso nella camera sinistra del cilindro con conseguente fuoriuscita dello stelo e chiusura del cancello.

Volendo adesso completare lo schema dobbiamo ricordare che il circuito di comando (linea tratteggiata) va alimentato a bassa pressione mentre quello di potenza (linea continua) ad alta pressione. Per soddisfare questa condizione dobbiamo montare un riduttore di pressione a monte delle valvole 3/2 in modo da portare la pressione a valori compatibili con il circuito di comando (pc = 2 bar). Introducendo questo nuovo componente lo schema del circuito è quello mostrato in figura 6.

Ricapitolando il gruppo FRL alimenta a pressione pp = 6 bar la linea principale che si dirama da una parte verso la valvola V3 che alimenta alternativamente le due camere del cilindro, dall’altra verso un riduttore di pressione che alimenta le valvole V1 e V2 con una pressione pc = 2 bar.

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Primi semplici schemi pneumatici.

Uno schema pneumatico è la rappresentazione grafica dell’insieme di componenti pneumatici, opportunamente collegati tra loro, necessari al funzionamento di un sistema di movimentazione. Affronteremo lo studio degli schemi pneumatici cercando di trovare soluzioni a problemi reali.

F4.2.1 Movimentazione di un cancello - Soluzione 1.
Supponiamo di volere realizzare un sistema pneumatico che consenta di aprire e chiudere un cancello premendo due pulsanti (fig. 3).
Tale problema può essere risolto in diversi modi e lo studio di ciascuna soluzione richiede che prima siano analizzati gli elementi necessari a realizzare le funzioni richieste. Per la movimentazione del cancello è necessario che:

• si usi un attuatore, nel caso in esame un cilindro, capace di aprirlo e chiuderlo;
• che il cilindro possa lavorare nelle due direzioni.

Le precedenti condizioni possono essere soddisfatte da un cilindro a doppio effetto posizionato come mostrato nella figura 3.
Il cancello si apre quando lo stelo del cilindro rientra e si chiude quando lo stelo del cilindro è spinto ad uscire. In altre parole, è necessario che il flusso di aria metta alternativamente in pressione le due camere del cilindro; inoltre quando una camera del cilindro è in pressione l’altra deve essere a scarico e viceversa. Per l’inversione del flusso si utilizzano due valvole distributrici che verranno scelte in modo da soddisfare le condizioni sopra riportate.

In prima battuta possiamo utilizzare due valvole 3/2 monostabili NC collegate rispettivamente alle due camere del cilindro. Si ottiene in questo modo lo schema di circuito mostrato in figura 4.

La valvola V2 comandata manualmente mediante pulsante indirizza il flusso di aria compressa nella camera di destra del cilindro con conseguente rientro dello stelo che muove il cancello aprendolo. Al contrario, la valvola V1, anch’essa comandata manualmente, indirizza il flusso dell’aria compressa nella camera di sinistra del cilindro con conseguente fuoriuscita dello stelo che spinge il cancello chiudendolo.
È facile notare che, in entrambi i casi, una volta rilasciato il pulsante la camera del cilindro non rimane in pressione e lo stantuffo non rimane bloccato, cioè spingendolo esso si muove. Ciò è dovuto al fatto che nella posizione di riposo le due valvole collegano le camere del cilindro a scarico. Questa situazione ci fa capire che abbiamo trovato una soluzione al problema proposto ma non abbiamo trovato la soluzione migliore.

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