8.1.3. Переключающие регистры

Переключающие регистры представляют собой набор тактовых модулей, позволяющий активизировать выходы последних строго поочередно, причем в один и тот же момент времени активным может являться выход только одного из этих модулей. В переключающие регистры могут входить модули различных типов. Рассмотрим принципиальную схему (рис. 8.22, а) одного из них — модуля типа А (рис. 8.22, б).

Рис. 8.22. Тактовый модуль типа А

Тактовый модуль типа А состоит из: триггера 2 (нормально закрытого бистабильного 3/2-пневмораспреде-лителя; нормально закрытого моностабильного 3/2-пневмораспределителя 1, выполняющего функцию пнев-моклапана «И»; логического пневмоклапана «ИЛИ» 4; канала входа X; канала выхода А. Коммутация между отдельными тактовыми модулями осуществляется по четырем каналам: Р, Y, Z, L. Для визуализации активного состояния модуля в него встроен индикатор 3.

Канал Р служит для подвода сжатого воздуха к триггеру 2 и подключается к источнику питания. Входной канал Yn предназначен для включения данного модуля, а выходной Yn+1 — для включения последующего. Через входной канал Zn+1 осуществляется отключение данного модуля при активизации последующего, а в выходной канал Zn подается сигнал на отключение предыдущего модуля при активизации данного. По сигналу на вне­шний вход канала L модуль выводится в исходное положение.

Рассмотрим принцип действия модуля типа А.

При подаче сигнала в канал Yn (для 1 -го модуля в тактовой цепочке — от кнопки «Пуск», для последующих — из канала Yn+1 предыдущего модуля) триггер 2 переключается и сжатый воздух поступает из шины питания Р в выходной канал А, соединенный со «своей» шиной. Одновременно подается также сигнал на вход распредели­теля 1 и в канал Zn, стыкующийся с каналом Zn+1 предыдущего модуля; этот сигнал, проходя через клапан «ИЛИ» 4, отключает триггер 2 в предыдущем модуле, что приводит к снятию сигнала в ранее активной шине.

Сигнал в канале выхода А, а следовательно, и в соответствующей шине сохраняется до тех пор, пока не будет выполнена вся последовательность движений исполнительных механизмов в той группе шагов, которая обеспечивается этой шиной. После выполнения заключительного шага данной группы сигнал от соответствую­щего путевого выключателя поступает на вход X и переключает пневмораспределитель 1, выход Yn+1 которого соединен с каналом включения последующего модуля Yn. Включение же последующего модуля сразу приводит к выключению данного модуля по сигналу через пневмоклапан «ИЛИ» 4 и канал Z , стыкующийся через ка­нал Zn с выходом триггера 2 последующего модуля. Таким образом, включение последующего модуля проис­ходит при подаче сигнала на вход активного модуля, который при этом немедленно отключается.

На рис. 8.23 представлена развернутая принципиальная схема переключающего регистра, состоящего из четырех тактовых модулей.

Рис. 8.23. Переключающий регистр из четырех тактовых модулей

В исходном положении системы, как отмечалось выше, активным должен быть последний модуль. Как пра­вило, это модуль типа В, отличающийся от модуля типа А тем, что пневмоклапан «ИЛИ» в нем установлен в канале включения, а не выключения триггера. Таким образом, при выводе системы в исходную позицию путем подачи сигнала в канал L модуль типа В активизируется, тогда как модуль типа А отключается. Допускается установка модуля А последним в регистре, но перед пуском системы данный модуль активизируют вручную.

Подчеркнем, что для включения 1-го модуля его канал Yn следует коммутировать через кнопку «Пуск» с каналом Yn+1 последнего модуля (активного в исходном положении системы), а с целью отключения последнего модуля при активизации 1-го требуется объединить внешней связью их каналы Zn и Zn+1.

На принципиальных пневматических схемах развернутое условное графическое обозначение переключаю­щих регистров обычно не приводят, а используют их упрощенное изображение (рис. 8.24).

Рис. 8.24. Упрощенное обозначение переключающего регистра

Чтобы представить себе компоновку пневматической схемы с использованием переключающего регистра, рассмотрим принципиальную пневматическую схему заполняющего устройства, показанного на рис. 8.25.

Рис. 8.25. Заполняющее устройство и его диаграмма «перемещение — шаг»

В контейнере заполняющего устройства находятся гранулы, которые следует распределять между двумя конвейерами. После нажатия кнопки «Пуск» шток цилиндра А на некоторое время открывает заслонку. Гранулы заполняют ящик 1. Затем заслонка закрывается, и бесштоковый пневмоцилиндр В передвигает под контейнер ящик 2. При этом ящик 1 с гранулами перемещается на соответствующий конвейер, а на его место ставят пустой ящик. Заслонка вновь открывается, и заполняется ящик 2, который после ее закрытия перемещается цилиндром В в исходную позицию (на второй конвейер), где его также заменяют на пустой ящик. Начать новый цикл можно нажатием кнопки «Пуск».

Принципиальная пневматическая схема описанного заполняющего устройства показана на рис. 8.26.

Рис. 8.26. Принципиальная пневматическая схема заполняющего устройства

Представленная схема получена в соответствии с ранее перечисленными правилами, а именно: по имею­щейся диаграмме «перемещение — шаг» последовательность шагов была записана в арифметической форме и разбита на группы следующим образом:

A-IA + B + IA-IA + B-.

Для выполнения данной последовательности шагов, разбитой на четыре группы, использован переключаю­щий регистр, состоящий из четырех тактовых модулей. В исходном состоянии активен последний (4-ый) мо­дуль типа В, питание подается на четвертую шину. При нажатии на кнопку «Пуск» активизируется 1-ый модуль, сжатый воздух подается в первую шину.

Коммутация выходов переключающего регистра. Первые шаги в каждой из четырех групп (А -,А+,А-,А +) выполняются непосредственно по сигналам от 1-ой, 2-ой, 3-ей и 4-ой шин соответственно. Поскольку шаг Л -входит в 1-ую и 3-ю группы и должен выполняться, если активна 1-ая или 3-я шины, то сигналы от этих шин проходят на распределитель 1.1 через логический пневмоклапан «ИЛИ» 1.3. (По этой же причине сигналы на выполнение шага А + от 2-ой и 4-ой шин также пропускаются через пневмоклапан «ИЛИ» 1.2.)

Шаги В + и В - являются последующими во 2-ой и 4-ой группах и выполняются по логическому произведе­нию сигналов от 2-ой и 4-ой шины и путевого выключателя ая т. е. по сигналам от логических пневмоклапанов «И» 2.2 и 2.3 соответственно.

Коммутация входов переключающего регистра. Поскольку включение 2-ой и 4-ой шин происходит по сигналу от путевого выключателя а0, то сигнал подается на входы 1-го и 3-го тактовых модулей. При этом срабатывает только тот из них, перед которым в данный момент находится активный модуль.

Для включения 3-го модуля по окончании шага В + сигнал от путевого выключателя Ь1 подается на вход 2-го модуля.

После завершения единичного цикла на вход 4-го тактового модуля поступает сигнал от выключателя Ьо.

В целях облегчения проектирования системы при автоматизации технологических процессов достаточно высокой степени сложности переключающий регистр компонуют таким образом, чтобы каждый шаг цикла вы­полнялся от «своего» тактового модуля. При таком подходе очевидно, что нет необходимости отключать моду­ли переключающего регистра, обеспечивающие выполнение шагов одной группы, поскольку в группе шаги с противоположными действиями отсутствуют. Для выполнения шагов, не требующих отключения предыдущего модуля в регистре, используют модули типа С (рис. 8.27).

Рис. 8.27. Тактовый модуль типа С

При использовании модулей типа С следует придерживаться следующих правил:

• первый шаг в любой группе, кроме последней, выполняется от модуля типа А, последующие — от модулей

типа С; . в последней группе первый шаг выполняется от модуля типа В, последующие — от модулей типа С.

Напомним: когда для выполнения первого шага в группе активизируется модуль типа А или типа В, через его канал Z подается сигнал на отключение предыдущего модуля. Поскольку таковым может являться модуль типа С или, чаще, несколько подобных модулей, то по их сквозным каналам Z проходит сигнал, отключающий мо­дуль типа А или В, который «управляет» первым шагом предыдущей группы. За отключением же данного моду­ля (типа А или В) последует и отключение и всей цепочки модулей типа С.

В качестве примера использования модулей типа С рассмотрим принципиальную схему пневматической САУ, диаграмма «перемещение — шаг» которой представлена на рис. 8.28.

Рис. 8.28. Переключающий регистр с тактовыми модулями типа С

Обратим внимание, что сигналы на включение 5-го и 6-го тактовых модулей представляют собой логические произведения сигналов от двух путевых выключателей. Необходимость логической связи данных сигналов по функции И объясняется тем, что на текущем шаге одновременно работают два исполнительных механизма (в первом случае — А и D, во втором — В и D) и команда на осуществление последующего шага может быть подана только в том случае, если оба цилиндра выполнят необходимые перемещения.

Применение отдельного тактового модуля для выполнения каждого технологического шага позволяет обой­тись без реализации дополнительных логических взаимосвязей между элементами пневматической системы, что значительно упрощает и, как следствие, ускоряет процесс проектирования пневматических систем управ­ления.

Более компактную конструкцию переключающего регистра и поддержку некоторых дополнительных функ­ций имеет устройство, называемое квикстеппером (от английского quickstep — «быстрый шаг»). Выпускаемые квикстепперы рассчитаны на 12 шагов (рис. 8.29).

Рис. 8.29. Квикстеппер и его условное графическое обозначение

Если количество шагов в единичном цикле автоматизируемой технологической установки меньше 12 (на­пример, равно 8), то незадействованные входы/выходы квикстеппера коммутируют между собой последова­тельно (см. рис. 8.29). Для реализации более 12 шагов можно последовательно состыковать между собой несколько квикстепперов. Практический опыт показывает, что при количестве шагов свыше 24 целесообразно перейти на электропневматические САУ.

Применение переключающих регистров или их разновидности — квикстеппера — позволяет добиться пре­дельной формализации процесса проектирования сколь угодно сложных технологических объектов цикличес­кого действия исключительно на базе средств пневмоавтоматики.