7.2. Логические пневмоклапаны

Производители пневматического оборудования, как правило, не выпускают специальных элементов для реализации логических функций ДА и НЕ. Это объясняется тем, что данные функции могут поддерживаться выпускаемыми серийно моностабильными 3/2-пневмораспределителями, нормально закрытыми (ДА) и нор­мально открытыми (НЕ) соответственно.

Для реализации же логических функций ИЛИ и И выпускают специальные клапаны, называемые логически­ми пневмоклапанами.

Логический пневмоклапан «ИЛИ»

Логический пневмоклапан «ИЛИ», по существу, представляет собой выполненные в едином корпусе два обратных клапана с общими запорным элементом и выходом (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Логический пневмоклапан «ИЛИ»

Подача сжатого воздуха в один из входных каналов (X или Y) вызывает перемещение клапана на противо­лежащее седло, что сопровождается перекрытием второго канала входа и поступлением воздуха на выход А элемента. При одновременном наличии двух различных по значению давления входных сигналов на выход приходит больший сигнал (клапан закрывает тот канал входа, в который подан меньший сигнал); при равенстве сигналов клапан будет находиться в нейтральном положении.

В иностранной технической литературе логические пневмоклапаны «ИЛИ» иногда называют перекидными или челночными клапанами, что связано с их принципом действия.

На первый взгляд может показаться, что для независимого управления пневмоцилиндром из двух разных мест (такая ситуация часто встречается на технологическом оборудовании) достаточно установить параллель­но две пусковые кнопки, объединив их выходы через тройник (рис. 7.6, а).

Рис. 7.6. Применение логического пневмоклапана «ИЛИ»

При использовании такого варианта коммутации нажатие на любую из пусковых кнопок 1.2 или 1.4 может не привести к срабатыванию исполнительного распределителя 1.1, т. к. управляющий сигнал будет главным обра­зом уходить в атмосферу через канал сброса второй (незадействованной) пневмокнопки, а не поступать в линию управления пневмораспределителем 1.1.

Независимое управление пневмораспределителем 1.1 и, соответственно, пуск пневмоцилиндра 1.0 из двух разных точек возможно обеспечить только путем реализации функции логического сложения (ИЛИ) сигналов от пневмокнопок 1.2 и 1.4 с помощью клапана «ИЛИ» 1.6 (рис. 7.6, б).

Логическая функция ИЛИ в принципе может быть также реализована посредством использования золотни­кового моностабильного распределителя с пневматическим управлением (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Реализация логической функции ИЛИ посредством золотникового моностабильного распределителя

По команде от пневмокнопки 1.2 распределитель 1.6 переключается, в результате чего сжатый воздух от линии питания 1 подается на управление распределителем 1.1. При нажатии же на пневмокнопку 1.4 сигнал поступает в линию управления распределителем 1.1 через линию 3 пневмораспределителя 1.6.

Такие схематические решения применяются крайне редко, поскольку логические пневмоклапаны «ИЛИ» намного дешевле распределителей и значительно превосходят их по надежности работы.

Если функцией логического сложения (ИЛИ) необходимо связать более чем два сигнала, то применяют несколько логических пневмоклапанов «ИЛИ» (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Логическое сложение (связь по логической функции ИЛИ) четырех сигналов

В приведенной схеме последовательное подключение клапанов «ИЛИ» позволяет осуществлять альтерна­тивное управление цилиндром посредством любой из четырех пневмокнопок.

Логический пневмоклапан «И»

В конструкции логического пневмоклапана «И» также заложен принцип действия обратного клапана. В еди­ной корпусной детали с двумя входными и одним выходным каналами расположены два обратных клапана, запорные элементы которых жестко связаны между собой перемычкой (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Логический пневмоклапан «И»

Под действием давления сжатого воздуха при его подаче только на один из входов (X или Y) пневмоклапана соответствующий запорный элемент прижимается к своему седлу, блокируя проход воздуха к каналу выхода А клапана. Одновременно жестко связанный с ним другой запорный элемент принудительно снимается с седла. При этом канал второго входа клапана коммутируется с его выходным каналом А. Подача сигнала на второй вход приводит к появлению сигнала на выходе А. Таким образом, на выходе пневмоклапана сигнал появляется только при наличии сигналов на обоих его входах.

Если значения давления входных сигналов различны, то запорный элемент прижимается к седлу со сто­роны того входа, на который подается больший сигнал, а на выход клапана поступает сигнал с меньшим давлением.

В зарубежной технической литературе логические пневмоклапаны «И» часто называют клапанами двух дав­лений.

Наглядным примером использования логического пневмоклапана «И» является реализация двуручного уп­равления прессом. В целях обеспечения безопасной работы обслуживающего персонала (для защиты рук опе­раторов) пресс включается только тогда, когда оператор одновременно воздействует двумя руками на два раз­личных органа управления, вследствие чего исключается возможность попадания руки в зону прессования при выполнении рабочей операции (рис. 7.10).

Рис. 7.10. Применение логического пневмоклапана «И»

Использование моностабильного пневмораспределителя 1.1 для управления силовым цилиндром 1.0 обо­сновывается необходимостью немедленного отвода штока цилиндра в исходную позицию в случае снятия од­ного или обоих управляющих сигналов.

Если требуется связать функцией логического умножения (И) более чем два сигнала, то следует задейство­вать соответствующее количество логических пневмоклапанов «И». Например, в системе управления прес­сом, на котором контролируются наличие заготовки в рабочей зоне и исходное положение силового цилиндра, необходимо использовать три пневмоклапана «И» (рис. 7.11).

Рис. 7.11. Логическое умножение (связь по логической функции И) четырех сигналов

В представленной на данной схеме системе управления прессом пневмокнопки 1.2 и 1.4 являются пусковы­ми, распределитель 1.6 с управлением от толкателя контролирует наличие заготовки, а путевой выключатель 1.8 отслеживает втянутое положение штока цилиндра. Пуск пресса возможен только в том случае, когда сило­вой цилиндр находится в исходном положении, заготовка установлена в рабочей зоне пресса и оператором нажаты две пусковые кнопки.

Последовательное соединение большого количества пневмоклапанов «И» приводит к ослаблению резуль­тирующего выходного сигнала. Поскольку на выход каждого клапана подается меньший из двух сигналов, по­ступающих на их входы, то на выход всей цепочки клапанов в конечном итоге придет самый меньший из всех входных сигналов, к тому же дополнительно ослабленный за счет гидравлических потерь, имеющих место как в трубопроводах, так и в самих пневмоклапанах.

Недостатком конструкции пневмоклапана «И» является и то, что при перемещении сдвоенного обратного клапана с одного седла на другое на выход элемента проходит слабый импульсный сигнал. Это объясняется соединением на некоторое время каналов обоих входов и выхода в процессе переключения клапана. При очень малой длине пневмолинии, связывающей выход клапана «И», к примеру, с входом бистабильного рас­пределителя с пневматическим управлением, может произойти несанкционированное срабатывание после­днего.

Реализовать логическую функцию И можно и без применения логического пневмоклапана, например пу­тем использования нормально закрытого моностабильного 3/2-распределителя с пневматическим управле­нием (рис. 7.12, а).

Рис. 7.12. Схематическая реализация логической функции И

Сигнал управления на исполнительный распределитель 1.1 поступает только при подаче сжатого воздуха в канал питания распределителя 1.6 и его переключении. Это условие выполняется лишь в случае одновремен­ного нажатия пневмокнопок 1.2 и 1.4.

Самая простая реализация функции И обеспечивается путем последовательного соединения устройств ввода пневматического сигнала (рис. 7.12, б). Однако не всегда можно применить такое схематическое решение, особенно в пневмосистемах со сложными логическими связями.

Упрощение логических функций

Использование алгебраической записи логических функций, примеры которой приводились в предыдущем подразделе, позволяет несколько упрощать их путем применения известных математических преобразований, например:

А=Х- Y+X-Z = X- (Y+Z)

Формальное применение в данном соотношении алгебраического правила выноса общего множителя за скобки позволяет упростить принципиальную пневматическую схему, при этом логические взаимосвязи между сигналами сохраняются (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Пример упрощения пневматической схемы путем упрощения логических уравнений

Не вдаваясь в подробное изучение операций над логическими функциями, рассмотрим только простые соотношения алгебры логики. В некоторых более сложных случаях представим для наглядности схематичес­кую реализацию приводимых уравнений (рис. 7.14).

Х+ 1 = 1 (1 — постоянный пневматический сигнал);

Х+Х=Х;

Х+Х=1;

Х.1 =Х;

Х.Х_=Х;

Х.Х=0.

(X+Y).(X+Y)=X+Y.Z

X.(X+Y)=X+Y.X

X.(X’+Y)=Y.X

X+X’.Y=X+Y

X+Y.X+Y’=X

(X.Y)+(X.Y’)=X

Рис. 7.14. Упрощение логических функций и принципиальных пневматических схем