Пневматические логические элементы

На рис. 46 приведены принципиальная схема и условное обозначение  струйного логического элемента, выполняющего функцию НИ—НИ (отр'ицание функции ИЛИ) для двух входов. На базе этого элемента в Чехословакии построена система логического управления.

Если условно обозначить входную  силовую струю через /7rx> управляющие  сигналы через У\ и У2, а выходной сигнал через рвых, то таблица функций элемента НИ—НИ будет выглядеть следующим образом:

Таким образом, выходной сигнал элемента только в одном случае принимает  значение единицы — когда оба входных сигнала равны нулю.

В качестве примеров использования  струйного элемента 92

Ни—ни рассмотрим построенные на его базе элемент ИЛИ, ячейку памяти и генератор колебаний.

На рис. 47,а условно изображена логическая функция ИЛИ. На входные  сопла обоих элементов 1 и 2 поступает силовое давление рвх - Управляющие сигналы У1 и У2 подаются на управляющие сопла элемента 1. С выходного сопла элемента 1 выходной сигнал /?bxi поступает на верхнее управляющее сопло элемента 2.

Если подать условный сигнал 1 © один из управляющих каналов {У\ или У2) или в оба канала одновременна

НО, ТО сигнал на выходе первого элемента /7вых1 будет равен нулю. Объясняется  это тем, что во всех трех случаях под действием управляющих струй силовая струя отклоняется от прямого направления и проходит мимо приемного сопла. При этом силовая струя со входа элемента 2 беспрепятственно попадает в приемное сопло и на выходе элемента появляется сигнал Рвых2=1. Только в случае, когда отсутствуют управляющие сигналы {У1 = У2=^0)у выходной сигнал первого элемента Рвых1 оказывается равным единице, попадает на верхний управляющий вход элемента 2 и отклоняет силовую струю от приемного сопла. В этом случае сигнал /7вых2 становится равным нулю.

Таким образом, струйный элемент, приведенный  на рис. 47,а, реализует следующие  характерные для логического  элемента ИЛИ зависимости между  двумя вход

Ными и одной выходной величиной:

Ячейка памяти, условная схема которой  приведена на рис.

47,6, как и струйный элемент  ИЛИ, состоит из двух элементов  НИ—НИ. Выход рвых1 элемента 1 подается ^на (верхнее управляющее сопло  элемента 2 через дроссель Д/7, а  выходной сигнал элемента 2 поступает одновременно на верхнее управляющее сопло элемента 1 и па общий выход ячейки памяти Рвых2. Сигнал Рвых2 действует на силовую струю элемента 1 как положительная обратная связь.

В исходном состоянии, когда на вход ячейми (памяти поступает силовое питание (Рвх='1), а оба управляющих сигнала равны нулю (У1 = У2=0), на выходе ячейки сигнал равен условной единице (Рвых2=1). Объясняется это тем, что силовая струя, поступающая одновременно на 1ВХ0Д обоих элементов, принимается приемным соплом только элемента 2, так как струя в элементе 1 мгновенно отклоняется за счет 'положительной обратной связи, поступающей без задержки с выхода элемента 2 на верхнее управляющее сопло элемента L Дроссель Цр, который установлен» в линии связи выхода элемента

1  (РвыхО с верхним управляющим входом элемента 2, осуществляет задержку влияния этого выхода в первый момент после включения ячейки на работу элемента 2, благодаря чему оказывается возможным воздействие положительной обратной связи на струю элемента 1.

Если теперь на нижний управляющий вход элемента

2  подать сигн'ал 1 («^2=1 при У1==0), то силовая струя в этом элементе отклонится и на выходе ячейки памяти исчезнет сигнал (/?вых2 = 0). Исчезает и положительная обратная связь, отклонявшая силовую струю в элементе /, и на выходе этого элемента появляется сигнал 1 (/?вых1 = 1). С некоторой задержкой этот сигнал через дроссель Др поступает на верхнее управляющее сопло элемента 2 и как бы «запоминает» воздействие управляющего сигнала У2- Таким образом, на выходе ячейки сохранится условный нуль (рвых='0) после снятия управляющего сигнала У2, т. е. когда вновь станет У2 = 0.

Для восстановления на выходе ячейки Рвых2='1 следует подать н'а первый управляющий вход сигнал 1 Этот сигнал отклоняет силовую струю в  элементе /, и на выходе его сигнал становится равным нулю (/?вых1 = 0). Снимается отклоняющее воздействие верхнего управляющего сопла в элементе 2, и силовая струя создает на выходе ячейки сигнал 1 (Рвых2=1)- Запоминание этого воздействия осуществляется за счет положительной обратной связи, и сигнал 1 сохраняется на выходе ячейки после снятия управляющего сигнала У\ (^1=0).

Схема струйного генератора колебаний, построенная на одном элемен^те НИ—НИ  с внутренней обратной связью, приведена  на рис. 47,в. На выходе элемента возникают колебания сразу после подачи давления питания на вход элемента рвх ('при ^1 = 0). Сразу же после того как рвх становится равным 1, Рвых также принимает значение I. Появившийся одновременно с этим единичный сигнал Уг отклоняет струю /7вх, и на выходе сигнал рвых становится равным О, и управляющий сигнал Уг сразу принимает значение О, - после чего единичный сигнал со входа элемента вновь попадает на выход. Частота этих колебаний, зависящая от объема и проходных сечений канала, может колебаться в пределах от нескольких герц до нескольких килогерц.

Кроме мембранных и струйных элементов  пневматические логические схемы могут  быть построены на базе рассмотренных  выше пневматических шариковых элементов  на два устойчивых положения.

На рис. 48,а изображена принципиальная схема пневматического логического элемента И с тремя входами.

Элемент работает следующим образом. При открытых радиальных управляющих  каналах /7вых = 0, так как сопротивления  каждого из трех открытых дросселей  значительно меньше сопротивления  дросселя на линии питания Рпит - Весь сжатый воздух из линии питания в этом случае попадает в атмосферу.

Если рвхь Рвых2, Рвх2 равны 1 И закрыты  управляющие каналы У'ь У'2 и У'з, шарики во всех трех элементах перебрасываются  в нижнее положение, запирают нижние осевые сопла 'и сигнал Рпит попадает на выход, т. е. Рвых становится рав1ным I. Если хотя бы один из верхних управляющих каналов открыт, то его шарик не закрывает нижнего сопла и воздух из линии /?пит попадает через дроссель нижнего канала этого элемента в атмосферу, не создавая н'а выходе Рвых единичного

Сигнала. Таким образом, только в  случае наличия трех входных единичных  сигналов при закрытых трех управляющих  каналах {У'1, У'ч « У'з) сигнал Рвых=1-Рассмотренный шариковый логический элемент на три входа выполняет логическую функцию И. Время срабатывания элемента зависит от конструкции цилиндров и сопел, образующих комбинацию, эквивалентную элек-96

Тряческой цепи, состоящей из сопротивления и емкости (/?С-цепи).

Схема логического элемента ИЛИ  с несколькими входами представлена на рис. 48,6.

Давление питания Рпш подается через дроссель Д/?з, и в открытых управляющих каналах У\—У5, когда  шарики 'находятся в верхнем  положении (как показано на рисунке), давление питания через дроссель большого сечения (малого сопротивления) Др\ и дроссель малого сечения (большого сопротивления) Др2 стравливается в атмосферу. В результате в линии 3 остается очень низкое давление, недостаточное для переброски шарика выходного усилителя в нижнее положение.

При верхнем положении шарика выходного  усилителя давление питания через  дроссель Цръ и дроссель Д/?б (сопротивление  дросселя Др^ меньше сопротивления  дросселя Дръ) выпускается в атмосферу и рвых в линии

2 практически равно 0.

Если закрыть хотя бы один верхний  радиальный управляющий канал, например Уз, то шарик этого элемента под  действием единичного сигнала Рвхз перебросится в нижнее положение, закроет  нижний радиальный канал и связь  линии питания с дросселем Др\ прервется. Теперь давление питания будет расходоваться только через дроссель малого сечения Д/?2, и давление в линии <? резко возрастет. В результате шарик усилителя перебрасывается в н'ижнее положение, нижнее сопло закрывается и сигнал Рвых становится равным 1. Так как при этом расход через дроссель Дрв прекращается, давление Рпит через дроссель попадает в линию 1 и действует на усилительный элемент как положительная обратная связь. При открытии того же управляющего канала Уз шарик возвращается в верхнее положение. Давление в линии 3 падает из-за расхода через дроссель Др\. Шарик усилителя также возвращается в верхнее положение. Давление © линии 2 в результате расхода через дроссель Др^ падает, и Рвых становится равным нулю.

Таким образом, элемент обеспечивает получение сигнала Рвых=1 при условии, что ХОТЯ бы один из управляющих сигналов оказывается равен 1, т. е. элемент выполняет логическую функцию ИЛИ.

При создании различных систем автоматизации  достаточно часто встречается необходимость осуществлять сигнализацию возникновения того или иного события в работе автоматизированного оборудования. Для этих целей применяются пневматические устройства сигнализации двух видов: устройства сигнализации с запоминанием, у которых визуальный сигнал может быть снят только вручную после исчезновения пневматического импульса, и устройства сигнализации следящего действия, у которых визуальный сигнал возникает и исчезает одновременно с пневматическим сигналом на входе.

Б качестве сигнализирующего устройства с запоминанием положения используется пневматический указатель типа РУЗ-1, который предназначен для сигнализации о нарушениях режимов работы автоматизируемых объектов, контролирующих технологический процесс автоматизируемого оборудования. Пневматическим сигнализатором следящего действия служит указатель типа РУС-1, который используется в качестве индикатора наличия давления в пневматической линии. Наиболее часто он применяется для сигнализации крайних положений какого-либо исполнительного механизма, при этом на его вход поступает давление от пневматических конечных выключателей.

Указатель типа РУЗ-1, конструктивная схема которого показана на рис. 49, состоит  из корпуса 13, к которому винтами  крепится фланец 1 со штуцером для подачи импульсов давления.

Между iKoipinycoM и фланцем зажата резино —тканевая мембрана 14 с жестким  центром и штоком 1. Шток 1 проходит через центральное отверстие  корпуса и заканчивается цилиндрической головкой. Мембрана в исходном положении  отжата от - коршуса пружиной 2.

Во внутренней полости корпуса расположена скоба 6 с продольной прорезью, расширенной в центре для головки штока 3. Скоба 6 удерживается двумя винтами 10, проходящими через прорезь. Это обеспечивает свободное перемещение скобы вдоль прорези в необходимых пределах. На скобе винтами укреплен экран 12 с чередующимися белыми и черными полосами. Скоба с экраном, удерживаемая в нижнем положении головкой

Штока /, под действием пружины 9 стремится занять крайнее верхнее  положен'ие.

В корпус вставлена маска 11, окрашенная в черный цвет и имеюш, ая прорези. Маска закрывается снаружи стеклом S, которое крепится к корпусу пружинным коль-

Цом 7. В верхней части корпуса  расположена невыпадающая кнопка 5 для возврата вручную скобы 6 в исходн'ое положение.

В исходном положении, когда на входе  указателя давление отсутствует, маска ^и прорези на ней имеют ровный черный цвет.

Для крепления на панелях щитов  и пультов указатель снабжен  кольцевой проточкой, в которую вставлена фигурная пружина 4.

Указатель работает следующим образом. Давление от пневматического датчика, поступающее через штуцер фланцев, воздействуя на мембрану 14, преодолевает сопротивление пружины 2 и выталкивает  головку штом 1 из расширения паза скобы 6. Под действием пружины 9 скоба с экраном перемещается вверх, одновременно выталкивая кнопку 5. При этом белые полосы экрана совпадают с прорезями на маске и н'а указателе появляются яркие белые полосы на черном фоне. Так осуществляется визуальная сигнализация.

При исчезновении давления головка  штока упирается в края 'паза скобы  и не может вернуться в исходное положение, в результате чего пружина 2 остается в сжатом состоянии, а  скоба —в верхнем положении.

Возврат экрана пружины в исходное положение производится вручную нажатием на кнопку 5, которая смещает скобу вниз. Головка штока под действием усилия пружины 2 заходит в расширение прорези скобы, фиксирует скобу с экраном в исходном нижнем положении, и белые полосы исчезают.

При наличии давления на входе возврат указателя в исходное положение не произойдет даже при нажатии на кнопку 5. Это свидетельствует о том, что контролируемый параметр продолжает находиться вне заданных пределов.

Пневматический  указатель следящего действия типа РУС-1 (рис. 50) состоит из корпуса 4, к которому винтами крепится фланец 2 со штуцером для присоединения пневматической линии. Между корпусом 1И фланцем 9 зажата по периферии мембрана 8 с жестким центром /, в (расточку которого заррессована шайба с фигурным вырезом. В исходном состоянии, когда давление на входе указателя отсутствует, мембрана отжата от корпуса возвратной пружиной 7.

В некоторых случаях для контроля наличия давления в линиях вместо манометра используют простейшие пневматические индикаторные устройства, условно на^ званные пневмолампами (рис. 51).

При поступлении командного сигнала  на вход пневмолампы резиновая мембрана 5, окрашенная в яркий 100

Цвет, растягивается, прижимая к стеклу 1 другую мембрану 2, имеющую радиальные прорези. Эта мембрана 2 окрашена в темный цвет. Таким образом, при отсутствии избыточного давления на входе пневмолампы

Виден только темный фон мембраны 2. При  поступлении сигнала на темном фоне появляются яркие радиальные полосы.

В ряде пневматических систем автоматизации  технологических процессов оказывается  необходимо контролировать и сигнализировать  отклонение большого числа параметров. Применение в этом случае большого числа

Одноканальных пневматических индикаторов приводит к росту габаритов щитов и пультов управления, так как требуется много места для размещения таких индикаторов на лицевых панелях. Существенное сокращение размеров панелей щитов дает применение так называемых

Декадных  индикаторов.

Конструктивная  схема такого/* индикатора представлена на рис. 52.

Декадный  индикатор состоит из десятисекционного  пневматического мембранного привода, механизма с 10 подпружинными указательными флажками и механизма р-учпого возврата флажков в исходное положение.

Командное давление, поступающее через штуцер 17 (рис. 52,а и б), попадает в мембранную камеру 19 и создает усилие на мембране /5, зажатой между платами 14 и 18. Под действием давления мембрана прогибается и через соответствующий шток 13, преодолевая усилие возвратной пружины 16, действует на пружину-защелку 7 указывающего элемента, который состоит из планки 2 и жестко связанного с ней указательного флажка 1. Пружина-защелка 7 выталкивается штоком 13 из углубления, служащего ей упором. В результате планка 2 получает возможность перемещаться до упора вверх^по направляющим 3 под действием пружины 20. При крайнем верхнем положении планки 2 указательный флажок 1 оказывается против смотрового окна 9, закрытого стеклом 8 и являющегося общим для всех указательных флажков.