Что значит управление пневматическое
Пневматические системы нуждаются в пяти основных компонентах для производства, хранения, управления, перемещения и использования сжатого воздуха:
Пневматическая система получает всю свою энергию от энергии сжатого воздуха, который они используют, поэтому вы можете сразу увидеть, что им нужны как минимум два ключевых компонента: что-то для сжатия воздуха (компрессор) и что-то, что использует сжатый воздух для подъема, переместить или удерживать объект (привод). Нам также нужна труба или сеть труб (контур) для подачи воздуха от компрессора к приводу. Что-то для включения или выключения воздуха (клапан) и, возможно, для изменения направления его движения также было бы удобно (поэтому мы можем заставить нашу машину опускать вещи, а также поднимать их).
Устройство пневматической системы управления
Есть еще одна вещь, которая нам нужна в устройстве пневматической системы. Поскольку воздух является очень сжимаемым газом, базовая система, соединяющая компрессор с приводом через контур и клапан, будет работать очень медленно.
Таким образом, пневматическая машина также имеет резервуар (в сущности, воздушный шар), в котором под давлением сохраняется довольно много сжатого воздуха, готового к подаче практически мгновенного усилия, как только открывается рабочий клапан.
Для работы пневматической системы нужны пять ключевых компонентов:
Почему стоит пневматическую систему управления в компании Гидролидер?
Купить пневматическую систему можно у нас на сайте. Сделать заказ можно в любое удобное для вас время и наши менеджеры обязательно свяжутся с вами для его подтверждения.
Что значит управление пневматическое
Принципиальное отличие пневматического управления от гидравлического заключается в том, что рабочей средой является сжатый воздух, а не жидкость, находящаяся под давлением.
Система управления состоит из компрессора, ресивера, трубопроводов и исполнительных органов: тормозных камер у самоходного скрепера Д-357М (рис. 27), сервоустройства для облегчения поворота передних колес, сервоустройства коробки управления рабочими органами.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Рис. 26. Предохранительный клапан:
1 — седло, 2 — шток, 3 — корпус насоса и клапана, 4 — направляющая втулка, 5 — пружина, 6 — стакан пружины, 7 — колпачок
Компрессор сжимает воздух, накачивает его в ресивер, откуда он через распределительное устройство поступает в цилиндры или камеры, которые включают или выключают отдельные механизмы.
На землеройно-транспортных машинах обычно устанавливают автомобильный компрессор. Его крепят под капотом двигателя и приводят в действие при помощи клиноременной передачи от передней части коленчатого вала двигателя.
Рис. 27. Схема пневматического оборудования самоходного скрепера Д-357М:
1 — стеклоочистители, 2 — манометр, 3 — предохранительный клапан, 4 — тормозные камеры передних и задних колес, 5 — воздухопроводы, 6 — воздухораспределительный клапан, 7 — ресиверы, 8 — сливной кран, 9— компрессор, 10 — тормозной кран, 11 — кран отбора воздуха
Смазка и охлаждение компрессора связаны с соответствующими системами двигателя. Для очистки поступающего воздуха компрессор снабжен фильтром с волосяной набивкой.
Труба, соединяющая компрессор с ресивером, имеет отвод, в который установлен редукционный клапан. При достижении определенного давления в системе этот клапан начинает перепускать воздух под разгрузочные клапаны компрессора, который при этом частично разгружается или начинает работать вхолостую.
Каждая секция ресивера имеет отдельный сливной кран для спуска воды и масла. В трубе сливного крана имеется устройство Для подсоединения шланга отбора воздуха. На трубе расположен редукционный предохранительный клапан, отрегулированный на определенное давление.
Система централизованной подкачки шин автогрейдера Д-395 из кабины водителя состоит из редукционного обратного клапана, крана накачки шин, блока шинных кранов трубопроводов и подводящих шлангов.
Пневматический привод
Пневматический привод (пневмопривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха. Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель.
Пневмопривод, подобно гидроприводу, представляет собой своего рода «пневматическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).
Основное назначение пневмопривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).
В общих чертах, передача энергии в пневмоприводе происходит следующим образом:
В зависимости от характера движения выходного звена пневмодвигателя (вала пневмомотора или штока пневмоцилиндра), и соответственно, характера движения рабочего органа пневмопривод может быть вращательным или поступательным. Пневмоприводы с поступательным движением получили наибольшее распространение в технике.
Содержание
Пневмоприводы с поступательным движением
По характеру воздействия на рабочий орган пневмоприводы с поступательным движением бывают:
По принципу действия пневматические приводы с поступательным движением бывают:
По конструктивному исполнению пневмоприводы с поступательным движением делятся на:
В особых случаях (когда требуется повышенное быстродействие) применяют специальный тип пневмоприводов — вибрационный пневмопривод релейного типа.
Одно из применений пневматических приводов является использование их в качестве силовых приводов на пневматических тренажерах.
Принцип действия пневматических машин
Многие пневматические машины имеют свои конструктивные аналоги среди объёмных гидравлических машин. В частности, широко применяются аксиально-поршневые пневмомоторы и компрессоры, шестерённые и пластинчатые пневмомоторы, пневмоцилиндры…
Типовая схема пневмопривода
Воздух в пневмосистему поступает через воздухозаборник.
Фильтр осуществляет очистку воздуха в целях предупреждения повреждения элементов привода и уменьшения их износа.
Компрессор осуществляет сжатие воздуха.
Поскольку, согласно закону Шарля, сжатый в компрессоре воздух имеет высокую температуру, то перед подачей воздуха потребителям (как правило, пневмодвигателям) воздух охлаждают в теплообменнике (в холодильнике).
Чтобы предотвратить обледенение пневмодвигателей вследствие расширения в них воздуха, а также для уменьшения корозии деталей, в пневмосистеме устанавливают влагоотделитель.
Воздухосборник служит для создания запаса сжатого воздуха, а также для сглаживания пульсаций давления в пневмосистеме. Эти пульсации обусловлены принципом работы объёмных компрессоров (например, поршневых), подающих воздух в систему порциями.
В маслораспылителе в сжатый воздух добавляется смазка, благодаря чему уменьшается трение между подвижными деталями пневмопривода и предотвращает их заклинивание.
В пневмоприводе обязательно устанавливается редукционный клапан, обеспечивающий подачу к пневмодвигателям сжатого воздуха при постоянном давлении.
Распределитель управляет движением выходных звеньев пневмодвигателя.
В пневмодвигателе (пневмомоторе или пневмоцилиндре) энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию.
Построение системы управления пневматическими приводами на базе пневматической логики (часть первая)
Пневматические приводы широко применяются в таких областях, как пищевая и химическая промышленность, транспорт и электроника, станки для текстильной и деревообрабатывающей промышленности, строительство, полиграфия, медицинская техника. Наиболее распространённым является пневматический привод с управлением от программируемого логического контроллера (ПЛК) или программируемого реле. Такая структура привода имеет в сегодняшнем промышленном мире широкое распространение в силу ряда причин:
Применение контроллеров для управления пневматическими приводами стало настолько популярным, что разработчики даже не задумываются о возможности альтернативы в виде системы управления на основе пневматической логики. Но по-прежнему на производствах встречаются приводы, которые могут или должны работать без электрического питания:
Чем хороша пневматическая логика? Тем, что она реализует те же самые логические операции, что совершаются в программном коде внутри ПЛК.
Логическая операция НЕТ (инверсия, отрицание): на выходе присутствует «1» (высокий уровень давления), если на входе НЕ присутствует высокий уровень давления (т.е. если на входе «0» (рисунок 1).
Рисунок 1 – Реализация логической функции НЕТ (X =ā).
Логическая операция ДА (повторение): значение сигнала на выходе повторяет значение сигнала на входе (рисунок 2).
Рисунок 2 – Реализация логической функции ДА(X = a).
Логическая операция И (логическое умножение, конъюнкция): на выходе присутствует «1» только тогда, когда на первом входе присутствует «1», И на втором входе присутствует «1» (И на третьем, И на четвёртом, И т.д. …).
Рисунок 3 – Реализация логической функции И (X = a × b).
Логическая операция ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция): на выходе присутствует «1», если на первом входе присутствует «1» ИЛИ на втором входе присутствует «1» (ИЛИ на третьем, ИЛИ на четвёртом, ИЛИ и т.д. …).
Рисунок 4 – Реализация логической функции ИЛИ (X = a + b).
Рассмотрим применение пневматической логики на примере установки для перемещения прутка (рисунок 5).
Рисунок 5 – Установка для перемещения прутка
a, b, c – конечные выключатели; d, e – кнопки управления.
Пруток подаётся в нижнюю часть жёлоба (для дальнейшей транспортировки) с помощью подающего механизма при втягивании цилиндра. Подача осуществляется при нажатии одной из кнопок – «d» или «e». При этом для осуществления подачи необходимо, чтобы выполнялось ряд условий: сепаратор должен находиться в исходном состоянии (шток цилиндра выдвинут, включён конечный выключатель «a»), в сепараторе должен быть пруток (включён конечный выключатель «b»), и место для подачи прутка должно быть свободным (отключён конечный выключатель «с»).
Если обозначить через X сигнал управления моностабильным распределителем, то условие его появления будет следующим (рисунок 6): Х = 1, если включён конечный выключатель «a» И включён конечный выключатель «b» И НЕ включён конечный выключатель «с» И нажата кнопка («d» ИЛИ «e»).
Рисунок 6 – Условие подачи прутка
Логическое выражение будет иметь вид:
На рисунке 7 представлена пневматическая принципиальная схема установки для перемещения прутка. Инверсия сигнала «с» реализована за счёт применения в качестве конечного выключателя 3/2 нормально открытого распределителя (см. рисунок 1). В левом верхнем углу приведена часть схемы, непосредственно реализующая заданную логическую функцию (1). Фактически эта часть схемы является аналогом управляющей программы для ПЛК на языке FBD.
Рисунок 7 – Схема пневматическая принципиальная установки для перемещения прутка
Логические клапаны «ДА» и «НЕТ» имеют пороговое срабатывание. Это позволяет с их помощью реализовывать такие задачи, как создание времязадающих устройств, одно- и мультивибраторов, преобразование нарастающих сигналов в ступенчатые со стабильными характеристиками.
Например, известная схема временной задержки (рисунок 8а), формирующая задержку сигнала «х» относительно сигнала «а» в зависимости от настройки дросселя и объёма ресивера, может иметь нестабильное время срабатывания из-за технологического разброса при производстве, износа уплотнений и пружины распределителя.
 |  |
Рисунок 8 – Схема временной задержки
Логические клапаны изготавливаются прецизионными, поэтому пороговое давление срабатывания с течением времени практически не изменяется. Соответственно, если вместо распределителя использовать логический клапан ДА (рисунок 8б), то время срабатывания будет более стабильным.
Приведём некоторые примеры применения пневмологики в решаемых в промышленности задачах:
В особых условиях эксплуатации – кроме пожаро- и взрывоопасных сред к таким условиям следует отнести высокий уровень запылённости, влажности, воздействия электромагнитных полей. Такие ситуации имеют место при добыче и переработке полезных ископаемых; в химической промышленности; при производстве боевых веществ и изделий; в отдельных производствах пищевой промышленности.
В этом случае использование электроавтоматики и электроники требует специальных мер защиты, что приводит к увеличению стоимости, массы и габаритов, которые оказываются соизмеримы или хуже, чем у привода с пневматической системой управления. В некоторых производственных задачах применение электрики и электроники полностью исключено.
Подобная задача решалась в ООО «Камоцци Пневматика» при модернизации производства на крупном предприятии химической промышленности. Было автоматизировано несколько конвейерных линий, на каждой из которых было установлено до десяти единиц уникального оборудования. Производственное здание, в котором располагался цех, было подключено к сети сжатого воздуха предприятия (и оснащено электрической сетью небольшой мощности для питания системы аварийной сигнализации и пожаротушения). Поэтому по требованию заказчика можно было использовать только пневматические системы управления. Специалистами Камоцци было разработано и изготовлено около сорока пневматических шкафов управления, которые обеспечили полную автоматизацию производственных линий (рис.9а), для этого потребовалось составить около 2000 логических уравнений и применить около 2000 логических элементов.
Рисунок 9а – Шкаф управления со 126 логическими элементами
Для примера на рисунке 9б показана пневматическая схема ориентирующего устройства. Устройство обеспечивает ориентацию изделия за счёт его фиксации в заданном положении с помощью двух пневмоцилиндров, управляемых от одного силового распределителя. Фиксация осуществляется при втягивании штоков цилиндров, расфиксация – при выдвижении. Устройство может работать в двух режимах – ручном и автоматическом.
Рисунок 9б – Пневматическая схема ориентирующего устройства
Р1 – кнопка «Фиксация выкл.»; Р2, Р7 – конечные выключатели «Изделие зафиксировано»;
Р3 – клапан безопасности; Р4, Р6 – конечные выключатели «Изделие расфиксировано»;
Р5 – силовой распределитель управления цилиндрами; Р8 – усилитель сигнала;
Р9 – механический датчик наличия изделия; Р10 – кнопка «Фиксация вкл.»;
Р2.1 – конечный выключатель «Транспортёр зафиксирован»;
Р2.2 – конечный выключатель «Поворот транспортёра завершён»; К1, К2 – клапаны ИЛИ.
В автоматическом режиме фиксация (ориентация) изделия осуществляется при условии, что поворот транспортёра завершён и транспортёр зафиксирован (срабатывают конечные выключатели Р2.1 и Р2.2) и в ячейке присутствует изделие (сработал датчик наличия изделия Р9). «Расфиксация» – происходит автоматически после завершения фиксации (ориентации) при срабатывании конечных выключателей Р4 и Р6. Кроме того, при срабатывании конечных выключателей Р2, Р7 и аналогичных выключателей второго ориентирующего устройства формируется сигнал «Фиксация отключена», который передаётся в устройство управления транспортёром.
В ручном режиме фиксация (ориентация) изделия возможна только при зафиксированном транспортёре, расфиксация – в любой момент времени.
В приводах с ручным, механическим или несложным автоматическим управлением. Например, в станках для обработки деревянного и пластикового профиля, оборудовании для автосервиса, мобильной технике, испытательных стендах. За счёт простоты пневматическое управление будет дешевле или соизмеримо по стоимости с управлением от программируемого контроллера.
Пневматическая система управления была применена в специальном станке для забивания крупногабаритной деревянной тары, оснащённом 22-мя пневматическими цилиндрами. В автоматическом режиме при одновременном нажатии и удержании двух кнопок «Пуск» (для безопасности оператора) выполняется автоматический цикл в следующей последовательности: прижим с торцов (2 цилиндра); прижим с боков (4 цилиндра); прижим сверху (4 цилиндра); выдвижение шести пистолетов в горизонтальной плоскости (6 цилиндров); опускание пистолетов (забивание) (6 цилиндров). После отпускания кнопок возврат происходит в обратном порядке.
В полуавтоматическом режиме после зажима тары, удерживая одну из кнопок «Пуск», второй рукой можно управлять любым из шести пистолетов посредством шести кнопок. При нажатии любой кнопки происходит подвод, а затем опускание соответствующего пистолета, при отпускании кнопки – возврат пистолетов в исходное положение.
Для создания непосредственно системы управления потребовалось всего девять различных логических пневматических клапанов и два пневматических распределителя (рисунок 10). При стандартном подходе и полностью программной реализации алгоритма управления понадобилась бы модель с ПЛК 32-мя дискретными входами и 15-ю дискретными выходами. Если часть функций реализовать за счёт схемотехнических решений (как это сделано в пневматической системе управления), то количество входов можно сократить до 9, выходов – до 11.
Рисунок 10 – Управляющая подсистема станка для забивания тары
Каждая группа цилиндров «Прижим боковой», «Прижим торцевой» и «Прижим верхний» управляется от одного силового распределителя. В каждой группе скорость одного из цилиндров настраивается так, что он завершает движение чуть позже остальных. На этом цилиндре установлены конечные выключатели.
Пневматические системы управления дают дополнительные преимущества:
Для повышения надёжности и безопасности особо ответственное оборудование снабжается электрической и пневматической системами управления. При этом пневматическая выступает в роли резервной или аварийной и может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме.
Приведённые примеры показывают, что несмотря на бурное развитие электроники и внедрение новых технологий, пневматические системы управления сохраняют свою нишу в производстве.
Во второй части статьи будет рассказано о структуре и особенностях пневматических приводов с пневматическими системами управления и аппаратуре Camozzi для их реализации.
Стоит отметить, что больший объем информации о применении пневматической логики партнёры компании могут получить на бесплатных информационно-обучающих семинарах. Кроме глубоких теоретических знаний посещение семинара позволит Вам самостоятельно прорешать лабораторные работы по приводам, построенным на основе пневмологики и транслировать полученный опыт на стенды-тренажёры, где также самостоятельно можно собрать структуру привода, запустить его в работу и верифицировать правильность найденного решения. С расписанием и программой семинаров можно ознакомиться на сайте компании в разделе «Учебно-научный центр». Запись на семинар осуществляется через регионального инженера Камоцци, работающего с Вашей компанией.
Денис Дмитриевич Дымочкин, к.т.н.,
Александр Николаевич Харченко, к.т.н.,
Учебно-научный центр
Управление пневмораспределителями: основные типы и способы передачи сигнала
Конструкция любого распределителя предполагает наличие специальных управляющих отверстий, на которые подается сигнал, приводящий к изменению положения заслонки. На схемах такие разъемы обычно обозначаются двузначным цифровым кодом, обозначающим условный номер входного и выходного канала, которые они соединяют.
Моностабильные и бистабильные распределители
По способу возвращения золотника или клапана в исходное положение все устройства, имеющие две рабочие позиции, подразделяются на моностабильные и бистабильные.
Моностабильные распределители иначе называют устройствами с односторонним управлением, поскольку сигнал, приводящий их в движение, приходит только с одной стороны, а обратно они возвращаются автоматически при помощи пружины.
Бистабильные (двусторонние) распределители получают управляющий сигнал с двух сторон и остаются в последнем занятом положении до того момента, пока не получат противоположный импульс. Возможность фиксации в любой из двух допустимых позиций позволяет использовать распределители данного типа для подачи сжатого воздуха в пневмоцилиндр. Однако необходимо учитывать, что поддержание рабочего положения такого распределителя происходит только за счет силы трения и поэтому он требует монтажа в строго горизонтальном положении. Исключение составляют только модели с «металлическим уплотнением», конечные положения которых фиксируются при помощи специальных упоров.
Трехпозиционные распределители имеют двухстороннее управление, но при отсутствии с обеих сторон управляющего сигнала занимают среднее положение при помощи пружин.
Прямое и косвенное управление
Прямым управлением называют такой способ передачи сигнала, когда усилие, приложенное к кнопке, ролику или толкателю вызывает движение золотника или клапана.
При косвенном способе управления (иногда его еще называют непрямым или пилотным управлением) импульс от внешнего устройства поступает на специальный пилотный клапан, который расположен в управляющем разъеме распределителя, и который при помощи сжатого воздуха воздействует на золотник.
Способ передачи управляющего сигнала
Ручное управление позволяет оператору воздействовать на распределение потока сжатого воздуха напрямую, приложив собственную силу. В исходное положение устройства ручного управления могут возвращаться либо повторным воздействием (тумблер, рычаг, ключ в замке), либо при помощи пружины (кнопка, педаль).
Механическое управление позволяет передать движение любого внешнего механизма в качестве сигнала для смены положения золотника или клапана. К механическим средствам управления относятся толкатель, ролик и ломающийся рычаг. Данные устройства обычно возвращаются в исходное положение автоматически, при помощи пружины.
Пневматическое управление подразумевает поступление в управляющее отверстие распределителя сжатого воздуха, который воздействует либо непосредственно на золотник или связанный с ним поршень, либо запускает работу пилотного клапана. В нормальное положение золотник приводится либо при помощи механической пружины, либо подачей управляющего давления с противоположной стороны. В некоторых случаях используется совместный пружинный и пневматический возврат, что обеспечивает более стабильные характеристики и повышенную надежность переключения.
Электромагнитное управление позволяет преобразовывать электрический сигнал в движение специального металлического якоря, который толкает золотник или заслонку клапана. В некоторых случаях такие системы управления имеют возможность ручного дублирования сигнала.