7.4 Kaskadensteuerung
Wesentlich bei der Signalüberschneidung ist, daß die Stellglieder, also die Hauptventile 1.1 und 2.1 , nicht gleichzeitig von beiden Steuerleitungen betätigt werden dürfen. Eine Steuerleitung ist für das Setzen des Ventiles zuständig, durch sie wird erreicht, daß der Zylinder ausfährt, die andere Leitung sorgt für das Löschen des Ventiles, was bewirkt, daß der Zylinder einfährt.
Es bietet sich an, die Ventile für die Steuerleitungen so mit Druck zu versorgen, daß entweder nur die Leitung für das Setzen aktiv ist, und die Löschleitung durch Entlüften abgeschaltet wird, oder umgekehrt.
Das System wird deshalb über Teilsteuerkreise (TSK) mit Druck versorgt. Im Beispiel versorgt ein Teilsteuerkreis alle Setzsignale, der andere alle Löschsignale.
Die Speisung der TSK wird durch das Speicherglied 0.1 gesteuert.
Bild 7.5. Kaskadensteuerung
Entwurf von Kaskadensystemen
Beim Entwurf eines Kaskadensystemes muß man sich anfangs über die Schaltfolgen der einzelnen Zylinder klar werden. Diese Zusammenhänge werden im Schaltfolgeplan wiedergegeben, wobei folgende Zeichenkonventionen üblich sind:
Die Einfahrbewegung wird durch ein “-“ symbolisiert, ein “+“ bedeutet die Ausfahrbewegung eines Zylinders. Neben der Bewegung kann mit diesem Zeichen auch der Zustand “Eingefahren“ (Minusstellung) oder “Ausgefahren“ (Plusstellung) gemeint sein. Die Zylinder werden entsprechend ihrer Schaltplanbezeichnung nummeriert - mit 1.0, 2.0, etc. . Oft stellt man die Schaltfolge in einer Tabelle dar.
• Schaltfolgepläne
In den Bildern 7.6, 7.7, 7.8 un 7.9 sind einige Beispiele für tabellarische Schaltfolgepläne angegeben, die sich auf verschiedene nicht dargestellte Anlagen mit vier Zylindern beziehen.
Es soll ansatzweise gezeigt werden, welche Schaltfolgepläne für die Steuerung von vier Zylindern möglich sind, und wo Sperrimpulse auftreten können. Erst wenn das Auftreten von Sperrimpulsen erkannt wurde, kann ein passender Schaltplan für die Steuerung einer Anlage entworfen werden.
Beispiel 1
1.Beispiel eines Schaltfolgeplanes |
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Auftreten von Sperrimpulsen:
Prinzipiell ist es immer dann möglich, daß ruhende Impulse (Sperrimpulse) auftreten, wenn die Schaltreihenfolge der Zylinder nicht in der gleichen Reihenfolge abgeschlossen wird, wie sie begonnen wurde.
In dem in Bild 7.6 dargestellten Beispiel kann es also zu Sperrimpulsen kommen, da
Zylinder 2 vor Zylinder 3 ausgefahren wurde, aber Zylinder 3 vor Zylinder 2 eingefahren ist. Kein Sperrimpuls würde auftreten, wenn Zylinder 2 vor Zylinder 3 eingefahren wäre.
Beispiel 2:
2.Beispiel eines Schaltfolgeplanes |
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Bei diesen Fällen ist genau zu prüfen, ob Sperrsignale auftreten können, welche Zylinderendschalterkombinationen diese auslösen, bzw. woher das Signal zur Weiterschaltung kommen muß, damit keine Verriegelungen auftreten. Im in Bild 7.7 wiedergegebenen Beispiel wird der Zylinder 2 nur dann betätigt, wenn beide Zylinder 3, und 4 ausgefahren sind, d.h. ihre Plus - Endlage erreicht haben.
Diese Bedingung wird durch Unterstreichen der beiden Zylinder 3 und 4 symbolisiert. Nur wenn beide Zylinder ( 3 und 4 ) ihre Endlage erreicht haben, darf der Zylinder 2 geschalten werden. Einen anderen Fall stellt die Beziehung zwei Zeilen darunter dar. Zylinder 1 ist eingefahren, Zylinder 4 ebenfalls. Es genügt, daß der Zylinder 1 eingefahren ist, um Zylinder 3 ebenfalls einfahren zu lassen. Der Zustand des Zylinders 4 ist nicht relevant für die Auslösung dieses Vorganges, deshalb wird Zylinder 4 nicht unterstrichen.
Auch hier ist es möglich, daß Sperrimpulse auftreten. Es empfiehlt sich aber auf jeden Fall, bei komplizierteren Systemen eine vorläufige Skizze des Schaltplanes, mit Endschaltern endsprechend der Schaltreihenfolge zu erstellen, und anhand dieser das Auftreten von Sperrimpulsen zu überprüfen.
Beispiel 3:
Schaltfolge wo keine Signalüberschneidungen möglich sind |
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Beispiel 4:
Beispiel einer Schaltfolge mit ruhenden Impulsen |
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Entwurfsvorgang eines Kaskadensystems
Die praktische Vorgangsweise beim Entwurf einer Kaskadenschaltung soll anhand des Beispieles einer Steuerung von 4 Zylindern vorgeführt werden. Die zugehörigen Abbildungen befindet sich auf der nachfolgenden Seite. Die Schaltfolge soll entsprechend Bild 7.6 vor sich gehen. Es können hier ruhende Impulse auftreten. Besonders beim Auftreten mehrerer Sperrimpulse bietet die Kaskadenschaltung gute und einfache Lösungsmöglichkeiten.
BEISPIEL : Steuerung von vier Zylindern
Schaltfolgeplan zum Entwurfsbeispiel |
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Funktionsdiagramm:
Bild 7.10 b Funktionsdiagramm zum Entwurfsbeispiel
Aus dem Funktionsdiagramm entsteht der Logikplan Bild 7.10 c, der in einen Schaltplan umgewandelt wird - Bild 7.10 d.
Logikplan: Bild 7.10 c
Logikplan zum Entwurfsbeispiel
Schaltung:
Bild 7.10 dSchaltplan zum Entwurfsbeispiel
Wenn man anhand des Schaltplanes die Schaltreihenfolge nachvollzieht, wird die bereits zu Beginn geäußerte Vermutung des Vorhandenseins einer Signalüberschneidung bestätigt.
Bei der Erstellung eines Kaskadensystemes empfiehlt es sich folgende fünf Regeln zu berücksichtigen.
Fünf Regeln für das Erstellen eines Kaskadensystemes
REGEL 1
Man ordnet den Schaltfolgeplan entlang eines Kreises im Uhrzeigersinn an, wobei man mit 12 Uhr beginnen sollte.
Schaltfolgeplan:
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Kreisplan: Bild 7.11Kreisplan und Schaltfolgeplan zur Steuerung von 4 Zylindern |
Der Kreis wird nun in Teilsteuerkreise durch Bildung von Kreissegmenten zerlegt.
In jedem Kreissegment darf ein Zylinder nur einmal vorkommen, die Bewegungsrichtung des Zylinders spielt dabei keine Rolle.
In diesem Beispiel ergeben sich also 3 Teilsteuerkreise ( TSK) . Sie werden wie folgt bezeichnet TSK I, TSK II, TSK III .
Die Aufgabe der Teilsteuerkreise liegt darin, Ventile nur dann mit Druck zu versorgen, wenn diese ihn auch wirklich benötigen.
REGEL 2
Die Teilsteuerkreise werden entsprechend der vorliegenden Verknüpfung durch Kaskadenventile geschaltet, d.h. sie werden über die Kaskadenventile, die indirekt gesteuert werden, mit Druck versorgt.
Die Regel 2 formuliert sich als:
Die Anzahl der Kaskadenventile bestimmt sich indem man von der Anzahl der Teilsteuerkreise eins abzieht.
Sind beispielsweise 4 Teilsteuerkreise vorhanden, so benötigt man 3 Kaskadenventile.
REGEL 3
Jeder Zylinder wird durch ihm zugehörige Bauteile, wie z.B. Endschalter, Zeitverzögerungen, etc., gesteuert. Alle diese Glieder der Steuerkette werden über den zum jeweiligen Zylinder gehörenden Teilsteuerkreis mit Druck versorgt. Sie werden also nicht mehr an das Hauptnetz angeschlossen.
Liegt also beispielsweise der Zylinder 1.0 + im Teilsteuerkreis I, so gehört auch der Endschalter 6 zum Teilsystem 1 und wird über das Kaskadenventil I mit Luft versorgt. Der Zylinder 1.0 - liegt hingegen im TSK II , daher wird der Endschalter 5 diesem Teilsteuerkreis zugeordnet, und über das Kaskadenventil II mit Druck versorgt.
REGEL 4
Der in der Abfolge der Steuerung zuletzt kommende Schalter hat zusätzlich zu seiner Aufgabe im Rahmen der Steuerung auch die Pflicht den Teilsteuerkreis über das Kaskadenventil drucklos zu schalten, und den nächstfolgenden Teilsteuerkreis über das diesen Kreis betätigende Kaskadenventil zu aktivieren.
Wurde also zuletzt 2.0 + durchgeführt, und hat als nächstes 1.0 - zu erfolgen, welches sich, wie aus dem Kreisdiagramm ersichtlich im neuen TSK II liegt, so schaltet der Endschalter 8 nicht 1.0 - sondern entlüftet über das Kaskadenventil 15 den TSK I. Gleichzeitig wird der TSK II mit Druck versorgt.
REGEL 5
Die erste Steuerfunktion, einen Zylinder oder ähnliches betreffend, wird nicht mehr von einem Endschalter ausgelöst, sondern stammt direkt aus dem Umschalten des Kaskadenventiles.
D.h. in Fortsetzung zum Beispiel in Regel 4 wird der Zylinder 1.0 automatisch in Position „-“ gefahren, wenn das Kaskadenventil 15 umgeschaltet hat, denn der
TSK II steht unter Druck, und sorgt nun für das Vollführen des gewünschten Vorganges.
Unter Berücksichtigung dieser Regeln kann das Beispiel einer Steuerung von vier Zylinder in das nachfolgende Kaskadensystem übergeführt werden.
Steuerung von 4 Zylindern mit Teilsteuerkreisen:
Bild 7.12 Kaskadensteuerung von 4 Zylindern
Das System der Kaskadensteuerung wurde auch beim Beispiel aus Kapitel 2 eingesetzt. Man verwendet dort zwei Teilsteuerkreise siehe Bild 2.6. Der Entwurf erfolgt nach den angegebenen Regeln.
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