Розділ 1 огляд існуючих конструкцій. Принципи дії математичної моделі процесів у гідромеханічних і пневматичних елементах

Реалізація різних логічних операцій в пневматичних системах управління здійснюється на дискретних пневматичних пристроях.

Для створення пневматичних реле можуть бути використані різні принципи посилення пневматичних сигналів. Через те що до пневматичних реле не пред'являють такі високі вимоги по чутливості і точності, як до підсилювачів безперервної дії, застосовують спеціалізовані релейні пристрої. Ці пристрої будуються на таких же принципах, що і пневматичні підсилювачі безперервної дії. Вони мають, як правило, простішу конструкцію, а, отже, і меншу вартість, але значно гірші характеристики. У пневматичних пристроях дискретної дії сигналу «1» відповідає тиск, рівний тиску живлення, сигналу «0» — тиск, рівний атмосферному. Зокрема, для систем промислової пневмоавтоматики сигналу умовної одиниці відповідатиме тиск 0,14 Па.

В даний час в пневмоавтоматиці розроблені трьох-, двух- і од-номембранні пневмореле із закріпленими мембранами, а також пневматичні реле з вільною («що літає») мембраною.

1.1 Одномембраннi пневмореле

В одномембранних пневматичних реле тільки одна мембрана, в них немає пружин і склеєних деталей. Ці реле допускають виготовлення схем друкарським способом. Схема одномембранного пневмореле і його умовне

позначення показані відповідно на (рис.1.6,а).

Рис.1.6. Конструкція (а) і схеми включення (б,в,г,д,е) одномембранного пневмореле

Реле складається з двох деталей корпусу і затиснутої між ними гумовотканинної рухомої мембрани. Пневматичний 4 контакт утворюється рухомою мембраною 1 і сідлом 2, виконаним з нижньої деталі корпусу. Таке одномембранне реле можна виготовляти в плитах з металу або пластмаси методом штампування. Реле має два стани, визначувані положенням мембрани. За наявності сигналу, що поступає через канал 5, канали 4 і 3 роз'єднані, а за відсутності цього сигналу — сполучені.

В одномембранному пневмореле з використанням опорів при відповідному з'єднанні можна реалізувати будь-які логічні функції.

На (рис.1.6, в) показано включення одномембранного реле для реаліза-ції функції НІ. За відсутності тиску , що управляє, мембрана піднята і повітря живлення через замкнутий пневматичний контакт проходить на вихід реле. Щоб дана схема при тиску могла спрацювати, тиск під мембраною повинен бути менше, ніж тиск, значення встановлюють підбором провідності пневмо-опорів і .

З розгляду рівноваги сил на мембрані можна набути значень і, при яких відбувається перемикання реле:

; (1.13)

. (1.14)

Ширина петлі статичної характеристики реле

. (1.15)

При заданих конструктивних розмірах реле, підбираючи провідність

, можна змінити ширину петлі статичної характеристики. На (рис.1.6, г) показано одномембранне реле для виконання функції повторення. Тиск управління при перемиканні реле з «1» на «0» практично рівний нулю, а при перемиканні з «1» на «0» визначається з (1.14).

На (рис.1.6, д,е)представлені схеми включення одномембранного реле, відповідно для реалізації функцій АБО та І, причому обидві схеми активні, тобто вихідний сигнал їх формується за рахунок джерела живлення.

Недолік розглянутих схем включення одномембранных реле в тому, що вони безперервно споживають повітря від джерела живлення, а також декілька інерційні (їх інерційність визначається наявністю пневмо-опорів, які разом з пнемо эмкостями утворюють аперіодичні ланки). Вказані недоліки можна виключити застосуванням двухпровідних схем включення пневматичних реле.

У двухпровiдних схемах включення пневматичних реле на відміну від розглянутих вище однопровідних кожна вхідна змінна представляється дво-ма сигналами, що поступають до логічних елементів по двох лініях, інверсних по своїх значеннях. На (рис. 1.7, а) показані схеми на одномембранном реле, що реалізовують функцію НІ, з використанням двухпроводної подачі вхідного сигналу. Тут інформація про змінну подається одночасно по лінії 1 і2.

Рис.1.7. Схеми реалізації логічних функцій на одномембранном пневмореле при двухпровідному включенні

Коли сигнал, що поступає по лінії 1, рівний «1», через лінію 2 поступає сигнал, рівний «0» і що є запереченням сигналу і навпаки. У початковому стані тиск в каналі 1 рівно нулю, а в каналі 2 — одиниці. Повітря живлення поступає в нижню порожнину лівого елементу, віджимає його мембрану вгору і заповнює лінію, що сполучає ліве і праве реле. Оскільки тиск в каналі 2 рівно одиниці, то мембрана правого реле притискається до сідла, тиск в лінії між реле, що є вихідним, буде також рівне одиниці.

На (рис.1.7, б) показана схема з'єднання одномембранных реле для реалізації функції «ТАК». У моменти перемикання мембран через елементи при двухпровідної схеми включення також можливе споживання повітря за рахунок короткочасного з'єднання джерела стислого повітря з атмосферою («коротке замикання»). Наприклад, для закриття мембрани лівого елементу (рис. 1.7, а) необхідне пониження тиску з його нижнього боку. Це досягається при сигналах = «1» і =«0» первинним відкриттям сідла правого елементу і повідомленням на короткий момент часу магістралі, по якій поступає тиск живлення, з атмосферою. Явище «короткого замикання» може робити негативний вплив на роботу схем, зібраних за вказаним принципом. Тривалість «короткого замикання» зазвичай підбирають шляхом зміни перетини каналів і об'ємів камер реле.

На (рис. 1.7, в, г) показані схеми для реалізації двовхідних логічних функцій. Схема, представлена на (рис.1.7,в), дозволяє одночасно реалізувати операції «Кон'юнкція» і «Штрих Шеффера», а схема на (рис. 1.7, г) реалізує логічні функції «Диз'юнкція» і «Стрілка Пірсу». Оскільки вказані пари функцій відповідно інверсні, то сигнали з виходів розглянутих схем можна безпосередньо посилати на подальші логічні пристрої, що працюють за двух провідною схемою.