Условные обозначения элементов в пневматических схемах

Элемент	Условное обозначение
Пневмодроссель нерегулируемый (Нерегулируемое пневмосопротивление) Пневмодроссель регулируемый Питание Атмосфера Устройство сопло – заслонка (пневмоконтакт) Сопло закрыто Пневмокамера постоянного объема (пневмоемкость) Переключатель

Пневмокамеры предназначены для накопления сжатого воздуха.

Объем пневмокамеры примерно равен 50 см³. В сочетании с дроссе­лями пневмокамеры используют как инерционные элементы. В зависи­мости от схемы подвода и отвода воздуха они могут быть глухими или проточными (рис. 7.2).

Рис. 7.1. Схемы постоянного (а), регулируемого (б) и переменных (в – сопло-заслонка, г – шарик-цилиндр) дросселей

Рис. 7.2. Глухая (а) и проточная (б) пневмокамеры

и их обозначения (в, г)

7.2. Мембранные пневматические элементы усэппа.

Комплекс приборов «Старт»

Элемент сравнения предназначен для сравнения двух или четырех входных сигналов (рис. 7.3). Он формирует на выходе диск­ретные сигналы 0 или 1. Трехмембранный элемент сравнения на два входа состоит из четырех камер, ограниченных секциями корпуса и блоком трех мембран, связанных между собой штоком и закрепленных по периметру. Площадь средней мембраны превышает площади край­них. Жесткие центры крайних мембран служат заслонками сопел в ка­мерах А и Г. Камеры А и Г сообщены между собой. Воздух питания через верхнее сопло поступает в камеру Г. Через нижнее сопло ка­мера А сообщается с атмосферой. Давление в камерах А и Г – вы­ходной сигнал элемента сравнения Р_вых. Входные сигналы P₁ и Р₂ подаются в камеры В и Б.

Блок мембран находится под воздействием сил, развиваемых давлениями в камерах элемента сравнения. Мембраны обладают малой жесткостью, и поэтому даже при рассогласовании входных давлений, равном всего 150–200 Па, суммарное усилие достаточно для переме­щения блока мембран в одно из крайних положений. При P₁ > P₂ ре­зультирующая сила будет направлена вниз, и блок мембран опустится. Сопло в камере А при этом закроется и перекроет линию выхода воздуха в атмосферу, а сопло в камере Г откроется, и воздух пи­тания, поступая в камеры А и Г, сформирует на выходе элемента сравнения сигнал 1. При P₁ < P₂ мембранный блок поднимается вверх, сопло в камере Г закроется, и прекратится подача воздуха пита­ния, а сопло в камере А откроется, и линия выхода элемента срав­нения сообщится с атмосферой. При этом сигнал на выходе станет равным 0. Таким образом, трехмембранный элемент сравнения предс­тавляет собой пневматическое реле, отрабатывающее зависимость:

Р_вых = 1 при P₁ > P₂

Р_вых = 0 при P₁ < P₂

На структурных схемах элементы сравнения представляют в ви­де последовательно соединенных узла суммирования, на который поступают входные сигналы со своими знаками, и релейного звена.

В пневматических приборах пятимембранные элементы сравнения часто используют в качестве мембранного сумматора для алгебраи­ческого суммирования непрерывных входных сигналов (рис. 7.4). Для этого выходной сигнал Р_вых направляют в камеру Б (камеру от­рицательной обратной связи). Элемент приходит в равновесие, когда усилия, развиваемые входными давлениями, уравновешиваются усили­ем, создаваемым Р_вых = Р_Б, и расходы воздуха через пневмоконтакты «сопло-заслонка» равны. Так как суммарные площади мембран в каме­рах Б, В, Г и Д одинаковы, то при равновесии справедливо равенс­тво

Р_вых = P₁ – Р₂ + Р₃.

Следовательно, при такой коммутации элемент сравнения выполняет функцию сумматора, который складывает два сигнала со знаком плюс и один – со знаком минус.

Повторители давления (усилители мощности) предназначены для усиления расхода воздуха на выходе при постоянных давлениях на входе и выходе. Их применяют для уменьшения запазды­вания сигналов в пневмокамерах большого объема в длинных пневмолиниях, а также для развязки пневматических цепей.

В маломощном повторителе давления (рис. 7.5) между двумя секциями за­жата по периметру мембрана, жесткий центр которой является зас­лонкой сопла, расположенного в камере А и сообщающего ее с ат­мосферой. Входной сигнал Р_вх подается в камеру Б. В камеру А че­рез постоянный дроссель, поступает давление питания. Давление в камере А – выходной сигнал Р_вых. С увеличением Р_вх мембрана про­гибается вниз. При этом уменьшается расстояние между заслонкой и соплом, уменьшается расход воздуха из камеры А через сопло в ат­мосферу и выходное давление Р_вых возрастает до значения Р_вх. В момент равновесия расходы воздуха через постоянный дроссель и пневмоконтакт сопло-заслонка одинаковы.

Мощный повторитель давления имеет три секции и состоит из связанных в мембранный блок двух мембран равной площади и клапа­на-дросселя.

Рис. 7.3. Трехмембранный элемент сравнения (а) и его структурная схема (б)

Рис. 7.4. Мембранный сумматор (а) и его структурная схема (б)

Рис. 7.5. Повторитель давления

Уменьшение погрешности повторения обеспечивает более сложный повторитель. Он имеет четыре секции и состоит из трех мемб­ран одинаковой площади, образующих шесть камер, клапана, поджа­того пружиной, двух пневмоконтактов «сопло-заслонка» и постоянного дросселя.

Уравнение работы всех повторителей-усилителей мощности име­ет вид

Р_вых = Р_вх

Их передаточные функции: по давлению W_P(P) = 1, по расходу воздуха W_F(P) = k >>1. На структурных схемах повторители-усилители представляют в виде одного звена с соответствующей передаточной функцией.

Задатчик давления (рис. 7.6) в комплекте с постоянным дросселем предназначен для ручной установки заданного сигнала. Он состоит из камер А и Б, разделенных плоской мембраной, жесткий центр ко­торой служит заслонкой сопла. Воздух питания проходит через дроссель в камеру А и выходит из нее через сопло в атмосферу. Вы­ходной сигнал задатчика – давление воздуха в камере А. Камера Б сообщена с атмосферой. На мембрану со стороны камеры Б действует сила натяжения пружины, устанавливаемая винтом, а со стороны ка­меры А – сила давления воздуха. При изменении натяжения пружины мембрана, прогибаясь, изменяет зазор пневмоконтакта «сопло-зас­лонка» и расход воздуха из камеры А в атмосферу. В результате этого давление воздуха в камере А и в выходной линии задатчика изменяется.

Выключающее реле (рис. 7.7) предназначено для отключения или переключения (коммутирования) входных сигналов при подаче на него командного дискретного сигнала Р_к. Реле состоит из трех камер А, Б и В, которые разделены двумя мембранами, соеди­ненными в блок штоком, двух сопел и пружины. Жесткие центры мемб­ран выполняют роль заслонок по отношению к соплам и вместе с ни­ми образуют два пневмоконтакта «сопло-заслонка: один (сопло C₁) – нормально открытый, второй (сопло С₂) – нормально закрытый. Входные сигналы P₁ и Р₂ подводят к соплам C₁ и С₂, командный сигнал Р_к – в камеру А, выходной сигнал Р_вых отводится из камеры Б. Камера В сообщена с атмосферой.

Выключающее реле относится к элементам дискретного дейс­твия. При Р_к = 0 блок мембран под действием пружины в камере Б опустится вниз, сопло С₂ закрывается, сопло C₁ открывается и сигнал P₁ проходит на выход реле. При Р_к = 1 на блок мембран со стороны камеры А действует усилие, превышающее силу натяжения пружины, блок мембран поднимается вверх, сопло C₁ закрывается, сопло С₂ открывается и на выход реле проходит сигнал Р₂. В ре­гуляторах реле при подаче на него давления Р_к запирает выходной сигнал регулятора, а при сбросе Р_к – сообщает выход регулятора с исполнительным устройством.

Рис. 7.6. Задатчик давления

Рис. 7.7. Выключающее реле

На базе элементов системы УСЭППА построен пневматический комплекс приборов «Старт», позволяющий реализовывать различные алгоритмы автоматизации взрыво- и пожароопасных процессов.

В состав комплекса «Старт» входят вторичные измерительные приборы и станции управления, регулирующие приборы, различные функциональные блоки и вспомогательные устройства. Комплекс «Старт» составляет центральную часть пневматической ветви Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации, в составе которой кроме аппаратуры «Старт» имеются датчики; электропневматические, пневмоэлектрические и пневмогидравлические преобразователи; исполнительные механизмы; регулирующие органы; аппаратура питания и вспомогательные устройства.

В табл. 7.2 в качестве примера приведены типы и основные характеристики некоторых регулирующих устройств комплекса приборов «Старт». Эти устройства представляют собой конструктивно законченные функциональные блоки, отличающиеся друг от друга главным образом законом регулирования.

В качестве примера регулирующего устройства рассмотрим регулятор ПР1.5. Позиционный регулятор (рис. 7.8) содержит задатчик 1 с дросселем 2 и прибором 3 (манометром) контроля значения задания Р_зд, переключатель 4 каналов задания и входного сигнала Р_вх, элемент сравнения 5 и повторитель – усилитель мощности 6, формирующий выходной сигнал регулятора Р_вых.

Таблица 7.2