6.6 Елементи і вузли пристроїв дискретної дії

Разом з розглянутими в попередньому параграфі елементами безперервної дії в систему УСЕППА входять також елементи дискретної дії, за допомогою яких в пневматичних системах здійснюються різні логічні операції. В пристроях дискретної дії сигналу, рівному умовне «1», відповідає тиск, рівний тиску живлення (0,14 МПа). Сигналу, умовне рівному «О», відповідає тиск, рівний атмосферному.

Основним елементом дискретної техніки є трьохмембранні пневмореле (рис. 6.30, а), схема якого не відрізняється від схеми безперервного трьохмембранного підсилювача з двома соплами, проте конструкція пневмореле дещо простіша. Зокрема, його верхнє і нижнє сопла виконані у вигляді отворів в корпусі. Для статичної характеристики підсилювача (рис. 6.23) важливо, щоб робочий інтервал був достатньо вузький і розташовувався на початку координат, тоді як статична характеристика реле повинна мати кільцеподібну форму (рис, 6.30,б). Для створення кільцеподібної статичної характеристики реле охоплюється додатніми зворотним зв'язком шляхом з'єднання нижнього сопла з верхньою камерою Р, а нижньої камери А — з атмосферою. При використанні реле як логічний елемент для отримання на виході сигналу «О» або «1» на одному з його входів підтримується постійний тиск, званий тиском підпору. В схемі включення реле (рис. 6.30, а) тиск підпору подається в камеру В.

Припустимо, що p₂>p₁ і збірка мембран утримується у верхньому положенні. При цьому камери Г і А сполучаються з атмосферою і сигнал на виході рівний «О».

Рис. 6.30 – Трьохмембране пневмореле

При зменшенні р₂, а саме, в мить, коли р₂ стане рівним р₄ ( точку А, рис. 6.30,б), збірка мембран перейде в крайнє нижнє положення, оскільки тиск в камерах А і Г рівні між собою. Нижнє сопло закриється, верхнє відкриється, і повітря живлення проходитиме на вихід, що відповідає сигналу «1». Після переходу збірки мембран в нижнє положення на неї діятиме додаткова постійна сила, направлена вниз і рівна р_оf (ефект додатнього зворотного зв'язку). Надалі при зростанні тиску р2 збірка мембран знов перейде у верхнє положення (на виході «О») при співвідношенні зусиль визначуваному рівнянням (точку б, мал. 6.30,б):

(6.60)

або при

(6.61)

де

(6.62)

Таким чином, ширина Ар петлі статичної характеристики; визначається співвідношенням ефективних площ мембран F і jF. В пневмореле системи УСЕППА звично р =(0,3— 0,4)р_0.

Тиск підпору визначає розташування статичної характеристики щодо максимального і мінімального значень тиску р₂ (на осі абсцис). При Р₂=(0,3—0,4) р₀ петля розташовується симетрично щодо р_2min і р_2max. За допомогою одного або декількох пневмореле можна реалізувати принципово будь-які логічні функції, наприклад, І, АБО, НІ і ін.

Рисунок 6.32 – Дискретний елемент пам'яті (а) і графік його роботи (б)

Рисунок 6.31 – Пневматичний

Пневматичні клапани призначені для розмикання і замикання пневмопроводів. По своєму функціональному призначенню вони аналогічні електричним керованим вимикачам. Пневматичний клапан реалізується за допомогою трьохмембранного реле шляхом його включення по схемі, показаній на рис. 6.31. Вхідний сигнал під тиском р_вх поступає в камери А і Г пневмореле. В камері Б створюється підпір, а в камеру В подається командний сигнал під дією р_к. Верхнє сопло заглушено, а нижнє сполучене з вихідною лінією.

За відсутності командного сигналу збірка мембран займає крайнє верхнє положення і вхідний сигнал під тиском р_вх поступає через нижнє сопло на вихід. При подачі командного сигналу нижнє сопло закривається, роз'єднуючи вхідну і вихідну лінії.

Дискретний елемент пам'яті призначений для запам'ятовування дискретного пневматичного сигналу протягом деякого часу, визначуваного дією командного імпульсу. Елемент складається з пневматичного клапана І (рис. 6.32) і пневмореле ІІ, виконуючого функцію повторювача.

При нульовому командному сигналі, тобто при р_к=0, мембранний блок клапана І під дією тиску підпору в камері В піднятий вгору, вхідний сигнал проходить через нижнє сопло клапана І в камеру В реле ІІ і повторюється на виході. Якщо Р_вх=0, мембранний блок реле ІІ під дією тиску підпору в камері б знаходиться у верхньому положенні, тобто сопло живлення закрито, а нижнє – відкрито, і р_вих. Якщо р_вх=1, мембранний блок реле ІІ знаходиться в нижньому положенні і р_вих =1.

При подачі командного сигналу р_к=1 нижнє сопло клапана І закривається, в камері В реле ІІ запам'ятовується величина р_вх до моменту подачі командного сигналу. Якщо р_вх = 0, то р_вих=0 до тих пір, поки р_к=1. Якщо р_вх=1, то р_вих=1 до тих пір, поки р_к=1. Таким чином, р_к=1 означає «запам'ятати» «величину» р_вх, а р_к = 0 – «забути» величину р_вх, що бережеться в пам'яті. Для підвищення надійності роботи елементу пам'яті вихідний сигнал реле подається через постійний опір в камеру В.

Тригером називають пристрій, що має два стійкі стани і здатність переходити з одного стійкого полягання в інше при подачі сигналів на його вхід. Розрізняють тригери з роздільними і з рахунковим входами.

Пневматичний тригер з рахунковим входом широко застосовується в обчислювальних пневматичних пристроях (рис. 6.33). Він складається з двох сполучених послідовно дискретних елементів пам'яті І, ІІ і розташованих між ними пневмореле III, виконуючого логічну операцію НІ.

Хай в початковий момент t₀ р_вх=0, р_т=1 і р_вих (р_т^*) =0. Тоді сигнал на вході І елементу пам'яті р_т = 0. Оскільки сигнал на вході елементу пам'яті І р_вх = 0, мембранний блок під дією підпору в камері Е займає верхнє положення, сопло в камері Д відкрито і на виході І елементу повторюється сигнал р_п=0. Цей сигнал поступає на вхід елементу ІІ. Проте, оскільки при р_вх=0 під дією підпору в камері І сопло в камері Д елементу ІІ закрито, на виході цього блоку повторюватиметься сигнал р_т=1, що запам'ятав раніше. У момент t₁ подається вхідний сигнал р_вх=1. При цьому сопло в камері Д елементу І закривається, а в камері Д елементу ІІ відкривається. В елементі пам'яті І «запам'ятовується» сигнал р_п = 0. Разом з тим вихідний сигнал р_п = 0 з виходу І елементу проходить через відкрите сопло в камері Д елементу ІІ і повторюється на виході цього елементу, тобто р_т = 0. Пройшовши через елемент НІ (блок ІІІ) , сигнал у вигляді р_т=1 поступає на вихід тригера і підходить до входу елементу ІІ. При реєстрації вхідного сигналу р_вх=0 сопло в камері Д елементу І відкривається, а сопло в камері Д елементу ІІ закривається. На виході елементу І повторюється проходячий через сопло в камері Д сигнал р_т^*=1, тобто р_п=1, а на виході елементу ІІ повторюється збережений раніше сигнал р_т=0.

Рисунок 6.33 – Пневматичний тригер (а) і графік його роботи (б)

При проходженні цього сигналу через елемент НІ, на його виході утворюється сигнал р_т*=1, який поступає на вихід і до входу елементу І.

Під час вступу до моменту t₂ другого вхідного імпульсу операції повторюються. Різниця полягає лише в тому, що в період t₂ — t₃ до надходження третього вхідного імпульсу на виході елементу ІІ повторюватиметься сигнал р_т=1, а після блоку НІ — сигнал р_т*=0. Тригер переходить в нове полягання тільки під час вступу вхідного сигналу.

У схемах пневматичних обчислювальних пристроїв іноді не виводиться сигнал р_вих1 показаний на рис. 6.33, а пунктиром. В цьому випадку тригер має тільки один вихідний сигнал р_вих (р_т^*). Пневматичний генератор прямокутних коливань (рис. 6.34, а) складається з пневмореле, охопленого негативним зворотним зв'язком у вигляді аперіодичної ланки. У момент t₀ (рис. 6.34, б) збірка мембран реле зашунтує нижнє положення і на вихід проходить сигнал р_вих =1.

Рисунок 6.34 – Пневматичний генератор прямокутних коливань

Рисунок 6.35 – Генератор з імпульсатором

Цей же сигнал поступає через опір R і місткість V в камеру В. У момент t₁ тиск в камері б стає рівним тиску підпору в камері В, збірка мембран переходить у верхнє положення, закриваючи сопло живлення. Тиск на виході р_вих=0. При зниженні тиску в камері б до тиску підпору збірка мембран знову переходить в нижнє положення і тиск на виході р_вих=1. В результаті на виході одержуємо прямокутні імпульси з періодом Т, який можна змінювати, міняючи ступінь відкриття змінного опору.

Генератор з імпульсатором (рис. 6.35, а) застосовується для формування пневматичних прямокутних коливань з регульованими тривалістю і періодом.

Хай у момент t₀ (рис. 35,6) збірка мембран генератора знаходиться в нижньому положенні. Повітря живлення проходить в камеру В_ІІ, переводячи збірку мембран блоку ІІ в нижнє положення. На виході маємо р_вих = 0. Тиск в камері Б_ІІ¹ відстає від тиску в камері В_ІІ через опір R₂. У момент t₁, коли тиск в камерах Б_ІІ і В_ІІ зрівнюється, збірка мембран переходить у верхнє положення і на виході Р_вих = 1. Змінюючи опір R₂, можна змінювати час дії імпульсу р_них=0. Одночасно підвищується тиск в камері Б_І генератора. У момент t₂ збірка мембран генератора переходить у верхнє положення і тиск на його виході і в камері В_І падає до нуля. Оскільки тиск в камері Б_ІІ відстає від тиску в камері В_ІІ, тиск в камері А_ІІ рівний тиску живлення, а в камері Г_ІІ рівно нулю, збірка мембран реле ІІ утримуватиметься у верхньому положенні (р_вих=1) до тих пір, поки тиск в камері Б_І не стане нижче тиск підпору.

Рисунок 6.36 – Реле переключення

На виході генератора (момент t₃) з'явиться сигнал р_вих1=1, який переведе збірку мембран реле II в нижнє положення. На виході блоку ІІ одержимо сигнал Р_вих= 0. Час дії імпульсу р_вих=1 можна регулювати ступенем відкриття опору R₁.

Реле перемикання (рис. 6.36) застосовується для комутації пневматичних каналів автоматичних регуляторів при переході з автоматичного регулювання на ручне. Реле складається з трьох камер, розділених мембранами, жорсткі центри яких є заслінками сопел C₁ і С₂. В камеру А подається командний сигнал, камера В з'єднується з атмосферою, а камера Б є вихідний. При р_к = 0 мембранний блок під дією пружини займає нижнє положення, відкриваючи сопло С2 і закриваючи сопло С₁. При цьому на вихід проходить вхідний сигнал р_вх2. При подачі командного сигналу р_к=1 відкривається сопло C₁ і закривається сопло С₂. На вихід проходить вхідний сигнал р_вх1.