Основы функционирования циклических пневмосистем. Информационная подсистема (96

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

О.С. Гаврюшина, К.Д. Ефремова, А.С. Наземцев

ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ ПНЕВМОСИСТЕМ

Информационная подсистема

Методическое пособие по курсу «Пневматические средства автоматики»

М о с к в а Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

2 0 0 6

УДК 621.542 ББК 32.965.2 Г12

Рецензенты: В.И. Голубев, С.Н. Прудников

Гаврюшина О.С., Ефремова К.Д., Наземцев А.С.

Г12 Основы функционирования циклических пневмосистем. Информационная подсистема: Метод. пособие по курсу «Пневматические средства автоматики». – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 20 с.: ил.

Рассмотрены вопросы выбора и использования в различных схемных решениях наиболее важных элементов информационной подсистемы, входящей в пневматическую систему автоматического управления (САУ): путевых выключателей, струйных датчиков, клапана последовательности, а также вспомогательной аппаратуры. Пособие продолжает собой цикл методических материалов, позволяющих получить достаточно полное представление об элементной базе пневматических САУ.

Для студентов 5-го курса, изучающих вопросы автоматизации технологических процессов. Может быть полезным при выполнении лабораторных работ по курсу «Пневматические средства автоматики».

Ил. 14. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.

УДК 621.542 ББК 32.965.2

Методическое издание

Ольга Сергеевна Гаврюшина Клара Дмитриевна Ефремова Аркадий Семенович Наземцев

Основы функционирования циклических пневмосистем

Информационная подсистема

Редактор Е.К. Кошелева Корректор Л.И. Малютина

Компьютерная верстка О.В. Беляевой

Подписано в печать 29.09.2006. Формат 60×84/16. Бумага офсетная.

Печ. л. 1,25. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,05. Тираж 150 экз.

Изд. № 130. Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская, 5.

ВВЕДЕНИЕ

Пневматические элементы, входящие в информационную подсистему пневматической системы автоматического управления (САУ), предназначены для того, чтобы воспринимать информацию о ходе технологического процесса и передавать ее направляющей и регулирующей подсистеме САУ либо напрямую, либо через ло- гико-вычислительную подсистему. В данном пособии речь идет о дискретных пневматических САУ, в которых эта информация носит дискретный характер: «да» – «нет», «включено» – «выключено». Иными словами, если событие произошло – есть сигнал на выходе информационного элемента (1), если событие не произошло – нет сигнала на выходе (0). По этой причине основные элементы информационной подсистемы носят название выключателей.

1. ПУТЕВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Основная информация, воспринимаемая выключателем, – это сигнал о наличии или отсутствии в месте его установки заданного объекта. На рис. 1 изображена конструкция выключателя, представляющего собой не что иное, как пневмораспределитель с механическим управлением.

Рис. 1. Пневматический выключатель

3

При нажатии на толкатель происходит переключение распределителя и на его выходе (в канале А) появляется сигнал. Нажатие осуществляется, например, под действием веса заготовки, подлежащей обработке. В этом случае система получает информацию о том, что заготовка находится в заданном месте и можно совершать дальнейшие действия согласно технологическому процессу, например, осуществлять ее зажим и последующее сверление. Если же заготовка в рабочей зоне отсутствует, сигнала на выходе выключателя нет. Выполнение дальнейших операций автоматически приостанавливается.

Поскольку в ходе выполнения технологических операций происходит постоянное перемещение выходных звеньев исполнительных устройств, основной информацией, воспринимаемой выключателями, является именно информация об их положении, т. е. сведения о том, втянут или выдвинут на данный момент шток пневмоцилиндра. Так как речь идет о передвижении, перемещении, о событиях, происходящих в пути, выключатели называют

путевыми.

Конструктивно путевые выключатели также представляют собой уже знакомые нам пневмораспределители с механическим управлением (рис. 2).

Рис. 2. Пневматический путевой выключатель

Шток пневмоцилиндра (а вернее, скрепленный с ним специальный элемент) в процессе перемещения наезжает на ролик, одновременно нажимая через него на толкатель. При этом происходит переключение распределителя и в канал A поступает сжатый воздух. Иными словами, на выходе A появляется пневматический сигнал и в систему поступает информация о том, что шток пнев-

4

моцилиндра достиг определенного контролируемого положения. Как только специальный элемент штока пневмоцилиндра съедет с ролика, механическое воздействие прекратится, распределитель переключится в нормальное положение, сигнал на выходе A пропадет. В систему поступит информация о том, что в месте установки путевого выключателя шток пневмоцилиндра отсутствует.

Используемые в путевых выключателях конструкции распределителей могут быть различными, в зависимости от конкретной задачи, для решения которой предназначена пневматическая схема управления. Может быть применен распределитель как с пневматическим усилением управляющего сигнала, так и без него, как нормально открытый, так и нормально закрытый. Иногда возникает необходимость использовать такой путевой выключатель, который можно включить, наезжая на ролик только в определенном направлении. При изменении направления движения на противоположное нажатия на ролик не происходит. Такой путевой выклю-

чатель называют путевым выключателем с ломающимся рычагом.

На рис. 3 видно, в чем отличие конструкции и ее условного графического изображения.

При движении штока слева направо (рис. 3, а) происходит нажатие на толкатель через кулачок, как в обычном путевом выключателе. Вследствие этого появляется сигнал на выходе. При движении штока справа налево (рис. 3, б) кулачок проворачивается, нажатия на толкатель не происходит, сигнал на выходе не появляется.

Рис. 3. Пневматический путевой выключатель с ломающимся рычагом

Путевые выключатели устанавливают в тех местах, где осуществляется контроль положения штока пневмоцилиндра. Для надежной работы системы требуется получать подтверждение о выполнении каждой предыдущей технологической операции, т. е. информацию о том, что все нужные перемещения произошли.

5

Обычно путевые выключатели устанавливают таким образом, чтобы они были включены в крайних положениях выходного звена исполнительного устройства (для пневмоцилиндра это полностью втянутое и полностью выдвинутое положения штока). При необходимости выключатели могут быть дополнительно установлены и в каком-либо промежуточном положении.

На рис. 4 изображена схема пневматической САУ с использованием путевых выключателей.

Рис. 4. Пневматическая схема с использованием путевых выключателей

При описании работы пневматической схемы возникает необ-

ходимость ввести специальные цифровые обозначения для ее элементов и устройств. В противном случае описание и чтение этой и более сложных схем станет просто невозможным. Обозначения введены не произвольно, а в соответствии с определенными правилами. Эти правила сведены в таблицу.

Следует обратить внимание на то, что индексы всех элементов, управляющих исполнительным механизмом 1.0, начинаются с цифры 1, управляющих исполнительным механизмом 2.0 – с цифрами 2 и т. д. Иногда не удается соблюсти правило использования четных и нечетных цифр после точки в зависимости от типа команды (втягивание или выдвижение штока цилиндра). В таком случае применяют сквозную нумерацию.

Рассмотрим подробнее работу схемы на рис. 4. В исходном положении шток пневмоцилиндра втянут, путевой выключатель 1.2 включен, путевой выключатель 1.3 выключен. Это состояние путевых выключателей отражено на схеме. При нажатии на пневматическую кнопку 0.2 сжатый воздух поступит в канал управления 12 управляющего распределителя 1.1. Распределитель переключится, и произойдет выдвижение штока пневмоцилиндра. При выдвижении штока прекратится нажатие на ролик путевого выключателя 1.2, вследствие чего сигнал на выключателе пропадет. Пропадет сигнал и в канале управления 12, однако это не повлияет на положение переключения управляющего распределителя. Оно останется неизменным, пока не поступит сигнал в канал управления 14. Шток пневмоцилиндра продолжит выдвигаться, пока при его конечном выдвинутом положении не произойдет нажатия на ролик путевого выключателя 1.3, вследствие чего на выходе последнего появится сигнал. Этот сигнал поступит в канал управления 14, управляющий распределитель переключится, и начнется втягивание штока. Нажатие на ролик путевого выключателя 1.3 прекратится, сигнал на его выходе, а следовательно и в канале 14, пропадает. Однако процесс втягивания продолжится до тех пор, пока не произойдет нажатия на ролик путевого выключателя 1.2 и не появится сигнал в управляющем канале 12. Затем цикл повторяется. Шток пневмоцилиндра автоматически будет совершать возвратно-

7

поступательное движение. Чтобы прекратить движение штока, достаточно переключить пусковую кнопку, прервав таким образом поступление сжатого воздуха в линию питания путевых выключателей. Шток остановится в одном из двух возможных положений.

Следует обратить внимание на то, каким образом обозначены места установки путевых выключателей 1.2 и 1.3 рядом с изображением пневмоцилиндра 1.0. Рассмотренная схема представляет собой простейшую пневматическую систему автоматического управления. Вмешательство оператора в ее работу сводится лишь к запуску и остановке работы системы. Все остальные действия происходят автоматически.

2. СТРУЙНЫЕ ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ

Получить информацию с помощью путевого выключателя можно только посредством механического взаимодействия с ним. Однако не каждый контролируемый объект способен создать необходимое для такого взаимодействия усилие. Струйные датчики положения позволяют снять информацию бесконтактным методом. Более того, эти датчики могут служить не только для передачи сведений о наличии или отсутствии объекта, но и для целей измерения. Это является одной из причин, по которым они называются именно датчиками, а не выключателями.

Условные графические изображения струйных датчиков не стандартизованы и потому у разных производителей могут различаться. В связи с этим используемые далее символы этих устройств в определенной степени условны.

2.1.Струйные датчики с кольцевым соплом

Вконструкции струйного датчика с кольцевым соплом (рис. 5)

поток сжатого воздуха постоянно вытекает наружу через питающий кольцевой канал P (сопло). Приемный канал A расположен по оси датчика, а кольцевой питающий канал как бы охватывает его. Через регулируемый дроссель часть питающего расхода воздуха подается в приемный канал. В этом случае в нем не образуется вакуум за счет эжекции, а всегда существует малое избыточное давление. Таким образом удается снизить чувствительность датчика к случайным воздействиям. Как только в зону действия датчика попадает объект (т. е. появляется сигнал на входе), избыточное дав-

8

ление в приемном канале возрастает, а при полном закрытии кольцевого сопла становится равным давлению в питающем канале. Возрастание давления в приемном канале равносильно появлению сигнала на выходе датчика. Когда объект покинет зону действия датчика, давление в приемном канале снова снизится, выходной сигнал пропадет. Зона чувствительности струйных датчиков такого типа достигает 15 мм.

Рис. 5. Струйный датчик с кольцевым соплом

2.2.Струйные датчики барьерного типа

Вструйных датчиках барьерного типа питающий и приемный каналы имеют сопла, направленные навстречу друг другу, следовательно, датчик реагирует на изменения, происходящие в пространстве между соплами. Такие датчики конструктивно проще, но зато более чувствительны к случайным внешним воздействиям.

Впростейшем случае конструкции питающего и приемного сопел одинаковы (рис. 6). До тех пор пока пространство между ними свободно, струя сжатого воздуха из питающего сопла P поступает в приемное сопло A. На выходе датчика есть сигнал. Как только в пространстве между соплами появляется объект, сигнал на выходе датчика пропадает, поскольку сжатый воздух больше не поступает в приемное сопло. Таким образом, струйный датчик барьерного типа работает как логический элемент НЕ: есть входной сигнал – нет выходного сигнала, нет входного сигнала – есть выходной сигнал. Поэтому в пневмосхеме этот выходной сигнал должен быть инвертирован, т. е. его отсутствие должно приводить

кпоявлению сигнала на инвертирующем элементе.

Для того чтобы снизить чувствительность датчика к случайным воздействиям, применяют конструкции, в которых через приемное сопло также подается сжатый воздух, хотя и с меньшим давлением.

9

Рис. 6. Струйный датчик барьерного типа

Питающее и приемное сопла могут быть размещены как в одном корпусе (см. рис. 6), так и в разных корпусах. Однако в первом случае чувствительность датчика к случайным внешним возмущениям значительно снижается благодаря малому расстоянию между соплами. На практике такие датчики применяют, например, для индикации наличия тонких предметов или в качестве счетчиков.

Зона чувствительности подобных датчиков обычно доходит до 80 мм, а в отдельных случаях может быть и больше.

2.3. Струйные датчики со встречным соударением струй

У струйных датчиков со встречным соударением струй

(рис. 7) диапазон чувствительности – до 100 мм.

Рис. 7. Струйный датчик со встречным соударением струй

Датчик представляет собой два отдельных элемента, из сопел которых вытекают навстречу друг другу две струи воздуха. Струя

10