Wykorzystanie Arduino i zastosowania Raspberry Pi w nauce pneumatyki

Teoria i idea integracji - Arduino i Raspberry Pi w pneumatyce

Arduino to platforma open-source oparta na mikrokontrolerach AVR, umożliwiająca szybką realizację projektów automatyki i sterowania. Raspberry Pi z kolei to minikomputer z pełnoprawnym systemem operacyjnym Linux, wykorzystywany do bardziej złożonych aplikacji wymagających przetwarzania danych, komunikacji sieciowej czy wizualizacji.

Integracja tych urządzeń z komponentami pneumatycznymi (takimi jak elektrozawory, czujniki ciśnienia, siłowniki) umożliwia:

• sterowanie sekwencjami pneumatycznymi

• monitorowanie parametrów instalacji

• symulację układów przemysłowych

• tworzenie systemów diagnostycznych i alarmowych

Zastosowania edukacyjne - Zespół Szkół nr 18 i Politechnika

Zespół Szkół nr 18 we Wrocławiu

W ramach lekcji mechatroniki i automatyki uczniowie realizują projekty polegające na budowie układów sterujących siłownikami pneumatycznymi przy pomocy Arduino UNO lub Mega. Wykorzystując przekaźniki, czujniki indukcyjne oraz siłowniki firmy Pneumat System, uczniowie uczą się projektowania prostych aplikacji takich jak:

• automatyczne drzwi pneumatyczne

• tłoczniki sterowane czujnikami krańcowymi

• układy pick-and-place z wykorzystaniem przyssawek

Politechnika

Na wydziałach Mechanicznym oraz Elektroniki studenci stosują Raspberry Pi w bardziej zaawansowanych projektach, takich jak:

• zdalne monitorowanie ciśnienia w układach sprężonego powietrza (z użyciem czujników analogowych i cyfrowych)

• rejestracja i analiza danych procesowych (IoT)

• sterowanie wielozadaniowe w środowisku Python (np. z wykorzystaniem bibliotek GPIO, Flask)

Laboratoria wykorzystują siłowniki i zawory Pneumat System jako elementy wykonawcze w układach pneumatycznych sterowanych cyfrowo.

Układy i zadania dydaktyczne – praktyczne przykłady

Przykład 1: Sterowanie sekwencyjne siłownikiem pneumatycznym

• Arduino UNO + 2 przyciski sterownicze + 2 czujniki krańcowe + zawór sterowany 24 VDC + siłownik ISO 15552 od Pneumat System

• Cel: wykonanie pełnej sekwencji ruchów tłoka w odpowiedzi na sygnały krańcowe

Przykład 2: Monitorowanie ciśnienia z alarmem

• Raspberry Pi 4 + czujnik ciśnienia analogowego 0–10 V + przetwornik A/C + ekran OLED

• Cel: wyświetlenie i logowanie wartości ciśnienia oraz wysyłanie powiadomień przy przekroczeniu zadanych progów

Przykład 3: Zdalna wizualizacja układu pneumatycznego

• Raspberry Pi + Node-RED + WiFi + zawory proporcjonalne Pneumat System

• Cel: sterowanie i monitorowanie przepływu powietrza z poziomu przeglądarki

Rola Pneumat System w edukacji i praktyce

Pneumat System dostarcza komponenty pneumatyczne oraz zestawy edukacyjne dostosowane do potrzeb szkół technicznych i uczelni. W ofercie znajdują się m.in.:

• siłowniki pneumatyczne (ISO, siłowniki kompaktowe, tłokowe)

• zawory 3/2 i 5/2 do sterowania Arduino / Raspberry Pi

• złączki i przewody kalibrowane ułatwiające budowę stanowisk dydaktycznych

• czujniki położenia tłoka i ciśnienia

• zestawy szkoleniowe pneumatyczne z możliwością programowania

Firma prowadzi także wsparcie doradcze, pomagając szkołom w dopasowaniu komponentów i projektowaniu stanowisk dydaktycznych zgodnie z wymaganiami MEN oraz wytycznymi egzaminacyjnymi CKE dla zawodów technik mechatronik, technik automatyk i technik robotyk.

Wdrażanie Arduino i Raspberry Pi do laboratoriów szkolnych i uczelnianych to nie tylko sposób na unowocześnienie edukacji, ale także przygotowanie przyszłych inżynierów do pracy w Przemyśle 4.0. Nauka poprzez praktykę, tworzenie realnych układów sterowania i integracja z pneumatyką to kluczowe kompetencje w erze automatyzacji i cyfryzacji przemysłu.

Pneumat System, jako dostawca komponentów i partner edukacyjny, aktywnie wspiera takie inicjatywy i pozostaje liderem w dostarczaniu rozwiązań dla technicznego szkolnictwa zawodowego i wyższego.

Najczęstsze problemy i wyzwania w pracy z Arduino/Raspberry Pi w edukacji pneumatycznej

1. Integracja napięciowa i kompatybilność komponentów

Jednym z najczęstszych wyzwań jest dopasowanie poziomów napięć sterujących. Arduino operuje na napięciu 5 V (lub 3,3 V w niektórych modelach), podczas gdy większość elektrozaworów przemysłowych pracuje na 12 lub 24 V DC. Wymaga to zastosowania modułów przekaźnikowych lub tranzystorowych buforów wyjściowych.

Rozwiązanie: Pneumat System oferuje zawory ze złączem M8 lub M12 i cewkami przystosowanymi do 24 VDC, które mogą być bezpośrednio sterowane przez zewnętrzny moduł przekaźnikowy współpracujący z Arduino.

2. Ograniczona liczba wejść/wyjść

W przypadku bardziej złożonych układów automatyki uczniowie napotykają ograniczenia w liczbie dostępnych pinów I/O.

Rozwiązanie: Stosowanie ekspanderów (np. MCP23017), multiplekserów lub praca w architekturze master-slave, gdzie Raspberry Pi nadzoruje kilka układów Arduino – pozwala to tworzyć rozbudowane stacje dydaktyczne z wieloma siłownikami i czujnikami.

3. Brak fizycznych modeli przemysłowych

Szkoły często nie posiadają w pełni wyposażonych pracowni przemysłowych, co ogranicza możliwości testowania układów z realnymi komponentami.

Rozwiązanie: Pneumat System dostarcza kompaktowe, mobilne zestawy szkoleniowe (np. mini-układy z siłownikami kompaktowymi, wyspami zaworowymi i panelami z szybkozłączkami), które pozwalają na testowanie układów nawet w warunkach klasowych.

Branże, w których wiedza o Arduino i pneumatyce znajduje zastosowanie

Absolwenci szkół i uczelni technicznych wyposażeni w wiedzę z zakresu mikrokontrolerów i pneumatyki znajdują zatrudnienie w sektorach:

• Automatyki przemysłowej – programowanie i uruchamianie prostych systemów sterowania

• Utrzymania ruchu – szybka diagnostyka usterek z użyciem Arduino do pomiaru ciśnienia, przepływu lub pozycji

• Robotyki i mechatroniki – budowa manipulatorów pneumatycznych z układami elektronicznymi

• Branży spożywczej, farmaceutycznej, opakowaniowej – integracja układów pick-and-place i sterowania liniami produkcyjnymi

• Inżynierii środowiskowej i HVAC – sterowanie klapami, zaworami powietrznymi i układami filtracji

Autor:
Piotr Szmit
Product Manager
Pneumat.

Autor:
Piotr Szmit
Product Manager
Pneumat.