Автоматизация в промышленности Automation in Industry

Фрагмент перевода технического текста
Автоматизация в
промышленности
Automation in Industry
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
LIST OF ABBREVIATIONS
БПВ – блок подготовки воздуха
В – вентиль
ГР – гидравлический распределитель
ГЦ – гидроцилиндр
Др – дроссель
ДСУ – дискретная система управления
ЗРЭ – запорно-регулирующий элемент
К – раздаточный коллектор
КВВ – клапан выдержки времени
П – пневмоёмкость
ПД – пневматический двигатель
ППР – пневмораспределитель с
пневматическим управлением
ПР – пневмораспределитель
РД – регулятор давления
СДНФ – совершенно дизъюнктивная
нормальная форма
СКНФ – совершенно конъюнктивная
нормальная форма
ЭБП – электрический блок питания
ЭПР – пневмораспределитель с
электромагнитным управлением
Различают
пневмораспределители
с
пневматическим
и
электромагнитным
управлением.
Пневмораспределители с пневматическим
управлением
(ППР)
преобразуют
пневматический
маломощный
сигнал
управления в пневматический силовой (мощный)
сигнал, подаваемый в исполнительный ПД [6,
14].
По конструктивному исполнению запорных
элементов пневмораспределители делятся на
клапанные и золотниковые.
Запорные
элементы
клапанных
пневмораспределителей бывают шариковые,
конические,
тарельчатые.
В
этих
пневмораспределителях каналы для прохода
сжатого воздуха открываются и закрываются
посредством шариковых, тарельчатых, дисковых
или конических запорных элементов, которые
взаимодействуют с седлами соответствующей
формы. Уплотнение в местах контакта запорного
элемента с седлом обычно достигается за счет
ASU – air service unit
CCNF – completely conjunctive normal form
CDNF – completely disjunctive normal form
DCS – discrete control system
EPU – electrical power unit
FCV – flow control valve
HC – hydraulic cylinder
HD – hydraulic directional control valve
PD – pneumatic directional control valve
PM – pneumatic motor
PPD – pneumatically actuated pneumatic
directional control valve
PR – pressure regulator
SPD – solenoid actuated pneumatic directional
control valve
SRE – shut-off and regulating element
TDV – time delay valve
There are pneumatic directional control valves
with pneumatic or solenoid actuation.
Pneumatically actuated pneumatic directional
control valves (PPD) convert pneumatic lowstrength signal of control into pneumatic power
(high-strength) signal, which is provided to the
operating pneumatic motor [6, 14].
As to design of shut-off elements, pneumatic
directional control valves can be divided into valve
and slide pneumatic directional control valves.
Shut-off elements of valve pneumatic
directional control valves can be ball, cone, and
seat. These pneumatic directional control valves
have channels for passing through compressed air
that are opened and closed by ball, seat, disc, and
cone shut-off elements that interact with saddles of
a corresponding shape. Compaction at the places of
a shut-off element’s and a saddle’s contact is usually
achieved by using flexible padding.
применения эластичных прокладок.
Золотниковые
пневмораспределители
бывают с цилиндрическим золотником, с
плоским золотником, с торцовым золотником.
Золотниковые пары выполняются без
уплотнения: в этом случае необходимо
выдерживать зазор между корпусом и
золотником величиной 0,002 … 0,004 мм. При
использовании уплотнительных колец зазор
делают большим и тем самым снижают
стоимость изготовления.
На
рисунке
1.5
представлен
3/2пневмораспределитель
с
односторонним
пневматическим управлением и пружинным
возвратом, нормально закрытый, трехлинейный,
в двух своих рабочих положениях – «выключено»
(рисунок 1.5,а) и «включено» (рисунок 1.5,б). ППР
имеет управляющий поршень и возвратную
пружину. В исходном положении он нормально
закрыт, так как канал питания Р(1) блокируется
дисковым запорным элементом, а выходной
канал А(2) соединен посредством канала R(3) с
атмосферой. ППР переключается поступающим
на его вход Х(12) давлением сжатого воздуха,
действующим на управляющий поршень. При
этом канал Р(1) соединяется с каналом А(2).
После снятия давления в управляющем канале
Х(12) поршень возвращается под действием
возвратной пружины в исходную позицию.
Перепускной клапан разъединяет каналы Р(1) и
А(2). Выходной канал А(2) соединяется через
канал R(3) с атмосферой.
Схема
клапанного
3/2пневмораспределителя, нормально закрытого, с
ручным управлением показана на рисунке 1.6,а.
В исходном состоянии основной сферический
клапан перекрывает проход воздуха из канала
Р(1) к рабочему каналу А(2).
Перемещение (утапливание) под действием
усилия F подпружиненной кнопки К со штоком,
снабженным
внутренним
каналом
3,
связывающим А(2) с выхлопом R(3), приводит к
его перекрытию при контакте со сферической
поверхностью основного клапана 2, то есть
перекрывается канал, связывающий А(2) с R(3).
Дальнейшее перемещение кнопки К вызывает
перемещение сферического клапана 2, сжатие
возвратной пружины 1 и открытие прохода
сжатого воздуха из канала Р(1) к рабочему каналу
А(2).
Аналогичным образом работает конечный
выключатель (рисунок 1.6,б), внутренний
управляющий канал которого перекрыт в
исходном состоянии клапаном 2, открываемым
при приложении внешнего силового воздействия
F к рычагу с роликом. В исходном состоянии
Slide pneumatic directional control valves can
be with a cylinder slide, with a flat slide, with an end
slide.
Slide pairs are developed without compaction:
in this case it is necessary to keep a gap between a
case and a slide as big as 0,002 … 0,004 mm. When
using compacting rings, a gap should be big to keep
the production cost low.
Figure 1.5 shows a 3/2 way pneumatic
directional control valve pneumatically actuated in
one direction and spring return, normally closed,
three way, in two working positions – “turned off”
(Figure 1.5, a) and “turned on” (Figure 1.5, b).
A PPD has a controlling piston and a return
spring. At the initial position it is normally closed,
because the supply valve Р(1) is blocked by the disc
shut-off element, while an exit channel А(2) is linked
to the atmosphere by the channel R(3). A PPD is
switched by compressed air pressure provided to its
entrance Х(12). The pressure affects the controlling
piston. At the same time, the Р(1) channel is linked
with the channel А(2). After the pressure is relieved
in the control channel Х(12), the piston returns to the
original position under the action of a return spring. A
bypass valve separates channels Р(1) and А(2). An
exit channel А(2) is connected through the channel
R(3) to the atmosphere.
The schematic of the valve 3/2-way pneumatic
directional control valve, normally closed, with
manual actuation is shown in Figure 1.6, а. In its
original position, the main spherical valve blocks the
passage of air from the valve P(1) to the working
channel A(2).
Initiated by force F moving down the springcontrolled button with a rod, which has the inner
channel 3 that connects A(2) with the exhaust R(3),
causes to its blockage during the contact with a
spherical surface of the main valve 2, in other words
it blocks the channel that connects А(2) and R(3).
Further movement of the button causes movement
of the spherical valve 2, compression of the return
spring 1 and opening passing of compressed air
from the channel Р(1) to the working channel А(2).
The final switch’s operation (Figure 1.6, b) is
similar. Its internal controlling channel is blocked in
the original position by valve 2, which is opened
when the external force F is applied to the lever
with a roller. In the original position, compressed air
is supplied through channel P(1) and, because the
сжатый воздух подается по каналу Р(1) и, так как
управляющий 2 и основной 5 клапаны закрыты,
дальше не поступает. При этом каналы А(2) и R(3)
соединены
между
собой
центральным
отверстием 4 в штоке основного клапана.
При
нажатии
на
ролик
рычаг
поворачивается,
открывается
управляющий
клапан 2 и сжатый воздух поступает к поршню 3,
который
перемещается
вниз,
закрывает
центральный канал 4 штока и, смещая его вниз,
открывает основной клапан 5, сжимая
возвратную пружину 6. Каналы А(2) и R(3)
разобщаются, а каналы Р(1) и А(2) соединяются.
Сжатый воздух из канала Р(1) поступает в канал
А(2) через открытый основной клапан.
При снятии усилия F конечный выключатель
вернется в исходное состояние благодаря
возвратной пружине 6.
Схема
клапанного
5/2пневмораспределителя с ручным управлением
приведена на рисунке 1.7. В исходном состоянии
питающий канал Р(1) соединен через отверстие 1
в штоке подпружиненного тарельчатого клапана
2 с рабочим каналом А(2), а второй рабочий
канал В(4) соединен через отверстие 7 в штоке
подпружиненного клапана 6 с выхлопным
каналом S(5).
Приложение усилия F к кнопке К вызывает
перемещение мостика с плунжерами 3, 5 и
сжатие возвратной пружины 4. При этом
перекрывается отверстие 1 в штоке клапана 2,
который открывается, соединяя рабочий канал
А(2) с выхлопным каналом R(3), а перекрытие
отверстия 7 и открытие клапана 6 приводит к
соединению питающего канала Р(1) со вторым
рабочим каналом В(4). Снятие с кнопки К усилия
F приводит к возврату мостика с плунжерами 3, 5
и клапанов 2, 6 в исходное состояние за счет
энергии упругих деформаций, накопленной в
возвратных пружинах.
Золотниковый
5/2-распределитель,
пятилинейный,
двухпозиционный,
с
односторонним пневматическим управлением
представлен на рисунке 1.8,а. Он состоит из
корпуса, в центральном канале с проточками
которого размещен золотник. Правый конец
золотника
находится
под
воздействием
возвратной пружины, а левый снабжен поршнем,
находящимся под воздействием давления
сжатого
воздуха,
поступающего
по
управляющему пневматическому каналу Y(14). В
исходном положении за счет пружины золотник
смещен влево и канал питания Р(1) соединен с
рабочим каналом А(2), а канал В(4) через канал
R(5) – с атмосферой. Если подать пневматический
сигнал управления по каналу Y(14), золотник
controlling 2 and the main 5 valves are closed,
doesn’t go further. At the same time, channels А(2)
and R(3) are connected with one another by the
central aperture 4 in the rod of the main valve.
When pressing the roller, the lever turns, the
controlling valve 2 is opened and compressed air
reaches the piston 3, which moves downwards,
closes the central channel 4 of the rod and, while
moving it down, opens the main valve 5, and
compresses the return spring 6. The channels А(2)
and R(3) disconnect, while the channels Р(1) and
А(2) connect. Compressed air from channel P(1)
comes into the channel А(2) through the opened
main valves.
When the force F is relieved, the switch
returns to the original position due to the return
spring 6.
A schematic of valve 5/2-way pneumatic
directional control valve with manual actuation is
shown in Figure 1.7. In the original position, the
feeding channel Р(1) is connected through the
aperture 1 in the rod of spring-forced seat valve 2
with a working channel А(2), while the second
working channel В(4) is connected through the
aperture 7 in a rod of the spring-forced valve 6 with
an exhaust channel S(5).
Application of force F to the button causes a
bridge with plungers 3,5 to move and the return
spring 4 to compress. The aperture 1 is blocked in
the rod of the valve 2, which opens and connects
the working channel A(2) with the exhaust channel
R(3), while blockage of the aperture 7 and opening
of the valve 6 cause the feeding channel P(1) and
the second working channel B(4) to connect.
Relieving force F from the button causes the bridge
with a plungers 3,5 and valves 2,6 to return to the
original position due to the energy of resilient
deformations reserved in return springs.
The five-way, two-position slide 5/2-way
directional control valve with pneumatic actuation
in one direction is shown in Figure 1.8, a. It consists
of a case, in the central slotd channel of which
there’s a slide. The right end of the slide is under the
action of a return spring, while the left one has a
piston, which is under the action of compressed air
coming through the control pneumatic channel
Y(14). In the original position, due to the spring, the
slide is shifted to the left and the feeding channel
P(1) is connected with the working channel А(2),
while the channel В(4) is connected with the
atmosphere through the channel R(5). If the control
pneumatic signal is provided through the channel
Y(14), the slide will move to the right, at the same
time the channel Р(1) will connect with the channel
переместится вправо, при
этом канал Р(1)
соединится с каналом В(4), а канал А(2)
посредством канала S(3) с атмосферой.
На
рисунке
1.8,б
показан
5/2пневмораспределитель, но уже с двусторонним
пневматическим
управлением,
золотник
которого
снабжен
двумя
управляющими
поршнями. Управляющий сигнал (давление)
поступает по каналу Х(12), обеспечивая
смещение золотника влево. При этом сжатый
воздух, поступая в канал Р(1) и проходя через
образовавшуюся щель между золотником и
корпусом ППР, попадает в канал А(2) и через
него,
например,
в
рабочую
полость
пневмоцилиндра.
Стравливающая
полость
пневмоцилиндра, соединенная с каналом В(4)
опять же через образовавшуюся щель
соединяется с каналом R(5), и затем с
атмосферой. Таким образом, происходит
перемещение поршня цилиндра в одну из
сторон.
На рисунке 1.8,в показано положение
золотника и соединение каналов при подаче
управляющего сигнала по каналу Y(14) при
отсутствии такого сигнала в канале Х(12). Сжатый
воздух, поступая в канал Р(1), через щель
попадает в канал В(4) и через него – в полость
пневмоцилиндра, где давление в этот момент
равно
атмосферному.
Стравливающий
(выхлопной) канал R(5), как видно из рисунка, в
этот момент перекрыт уплотнением золотника.
Противоположная
силовая
полость
пневмоцилиндра соединена через каналы А(2) и
S(3) с атмосферой. Происходит обратный ход
поршня пневмоцилиндра.
ППР с двусторонним пневматическим
управлением
«запоминает»
достигнутое
положение запорного элемента (золотника) даже
при
снятии
управляющего
сигнала
и
переключается в другое положение только при
подаче управляющего сигнала в другой
управляющий канал.
Пневмораспределители
с
электром агнитным управлением (ЭПР)
преобразуют
маломощный
управляющий
электрический сигнал в мощный пневматический
сигнал, подаваемый в исполнительный ПД. В
качестве
преобразователя
электрического
сигнала в перемещение запорного элемента
используется электромагнит [14, 15].
ЭПР делятся на две группы:
– с односторонним управлением и
пружинным
возвратом,
остающиеся
включенными пока действует сигнал управления;
– с двусторонним управлением, остающиеся
в последней позиции переключения даже после
В(4), and the channel А(2) will connect to the
atmosphere through the channel S(3).
Figure 1.8, b shows the 5/2-way pneumatic
directional control valve with pneumatic actuation
in both directions, the slide of which has two control
pistons. The control signal (pressure) enters through
the channel Х(12) moving the slide to the left. At the
same time, compressed air enters the channel Р(1),
passes through the newly formed gap between the
slide and the case of the pneumatic directional
control valve with pneumatic actuation(PPD), and
enters the channel A(2) and, through this channel,
for example, into the working cavity of a
pneumocylinder.
A
release
cavity
of
a
pneumocylinder, connected with the channel В(4), is
also connected with the channel R(5) through the
newly formed gap and then to the atmosphere.
Thereby, a piston of a cylinder moves into either side.
Figure 1.8, c shows the position of a slide and
the connection of channels when the control signal
is given through the channel Y(14) when there’s no
such signal in the channel Х(12). Compressed air
gets into the channel Р(1), then into the channel
В(4) through the gap, and into the cavity of a
pneumocylinder where the pressure is atmospheric
at the moment. The release (exhaust) channel R(5),
as shown in the Figure, is blocked by the slide’s
compaction. The opposite force cavity of a
pneumocylinder is connected through the channels
А(2) and S(3) to the atmosphere. The return stroke
of a pneumocylinder’s piston then takes place.
A PPD with pneumatic actuation in both
directions “memorizes” the achieved position of a
shut-off element (slide) even when the control
signal is off and switches to another position only
when the control signal is provided to a different
control channel.
Sol enoid
actuated
pneumatic
directional c ontr ol valves (SPD) convert lowstrength control electrical signal into high-strength
pneumatic signal, which is provided to the operating
pneumatic motor. An electrical magnet is used as a
converter of the electric signal into the movement
of the shut-off element [14, 15].
SPD are divided into two groups:
– with actuation in one direction and spring
return, which are turned on while the control signal
is on;
– with actuation in both direction, which stay in
the last position of switching even after the control
снятии сигнала управления.
На
рисунке
1.9
показан
3/2пневмораспределитель
с
пилотным
электромагнитным
управлением
в
двух
состояниях: электрическое питание на катушку
электромагнита не подано (исходное) (а) и
подано (рабочее) (б). В исходном положении
полость над приводным поршнем сообщена с
атмосферой, поэтому пружина удерживает
затвор вверху. Выходной канал А(2) при этом
сообщен с атмосферным R(3) через открытый
клапан выхлопа.
При подаче электрического сигнала на
катушку (рабочее состояние), полость над
поршнем сообщается с каналом питания Р(1) по
каналу К (рисунок 1.9,б). Давление сжатого
воздуха возрастает, и поршень с затвором
перемещается вниз, сжимая пружину. Проход
между каналами А(2) и R(3) перекрывается
запорным клапаном, а между Р(1) и А(2)
открывается. ЭПР будет оставаться в таком
состоянии пока на катушке присутствует сигнал в
виде напряжения.
Если этот сигнал снять, распределитель
возвращается в исходное положение. На рисунке
1.10 показан 5/2-пневмораспределитель с
односторонним пилотным электромагнитным
управлением в двух возможных состояниях при
переключении.
В исходном состоянии золотник ЭПР под
действием возвратной пружины находится в
крайнем левом положении (рисунок 1.10,а).
Канал Р(1) сообщен с каналом А(2) и с правой
поршневой полостью каналом К, а канал В(4) с
каналом R(5).
Если на катушку электромагнита подать
питающее напряжение, открывается запорный
клапан и золотник перемещается вправо под
действием давления воздуха на левый поршень,
имеющий больший диаметр, чем правый
(рисунок 1.10,б). В этой позиции канал Р(1)
сообщен с каналом В(4) и по каналу К с двумя
поршневыми полостями, а канал А(2) с каналом
S(3).
При снятии сигнала с катушки возвратная
пружина возвращает золотник в исходное
положение.
Выхлоп
воздуха
из
линии
управления Y(14) осуществляется через отверстие
84.
Пилотное
управ ление
ЭПР
–
обеспечивает двухкаскадное усиление мощности
управляющего
сигнала
(электрический
управляющий – пневматический управляющий,
пневматический управляющий – силовой
пневматический). На рисунке 1.11 представлены
схемы
5/2-пневмораспределителя
с
signal is off.
Figure 1.9 shows a 3/2-way pneumatic
directional control valve with solenoid pilot control
in two positions: electrical power isn’t provided to
the electromagnet coil (original) (a) and is provided
(operating) b. In the original position the cavity
under the driving piston is connected to the
atmosphere, that’s why the spring keeps the shutter
on top. At the same time the exit channel А(2) is
connected to the atmospheric R(3) through the
opened exhaust valve.
When the electric signal is supplied to the
electrical coil (operating position), the cavity above
the piston is connected with the channel of feeding
Р(1) through channel C (Figure 1.9, b). Compressed
air pressure increases and the piston with the lock
moves down compressing the spring. The passage
through the channels А(2) and R(3) is blocked by the
shutoff valve and the passage through Р(1) and А(2)
is opened. SPD will stay in such position until the coil
has a signal – voltage.
If this signal is off, the directional control valve
returns to the original position. Figure 1.10 shows
the 5/2-way pneumatic directional control valve
with solenoid pilot control in one direction in two
possible conditions of switching.
In the original condition, a slide of the SPD is
located at the left end position (Figure 1.10, a). The
channel Р(1) is connected with the channel А(2) and
with the right piston cavity by the channel C, while
the channel В(4) is connected with the channel R(5).
If the electromagnetic coil is provided with the
voltage level, the shutoff valve opens and the slide
moves to the right under the action of air pressure
on the left piston, which has a larger diameter than
the right one (Figure 1.10,b). In this position the
channel Р(1) is connected with the channel В(4) and
C with two piston cavities, while the channel А(2) is
connected with the channel S(3).
When the signal is off the coil, the return spring
returns the slide to the original position. The air
exhaust from the control line Y(14) is conducted
through the aperture 84.
Pilot control for a SPD assures two-stage
amplification of the control signal strength
(electrical control – pneumatic control, pneumatic
control – power pneumatic). Figure 1.11 shows
schematics of a 5/2-way pneumatic directional
control valve with solenoid pilot control in both
directions in two working positions.
двусторонним пилотным электромагнитным
управлением в двух рабочих состояниях.
Если золотник ЭПР занимает крайнее левое
положение, каналы Р(1) и А(2), а также В(4) и R(5)
сообщены друг с другом (рисунок 1.11,а). При
подаче на левую катушку напряжения, золотник
переместится вправо. При этом канал Р(1)
соединится с В(4), а канал А(2) с S(3) (рисунок
1.11,б). Чтобы вернуть ЭПР в исходное состояние,
просто снять сигнал с левой катушки будет
недостаточно. Нужно еще подать сигнал на
правую катушку.
Если ни на одной из катушек сигнала не
будет, золотник за счет сил трения останется в
положении, которое он занял при подаче
последнего поступившего на ЭПР сигнала.
Аналогично, ситуация не изменится, если
сигналы будут присутствовать сразу на обеих
катушках,
поскольку
развиваемые
электромагнитами
усилия
будут
уравновешиваться.
If the SPD slide is in the extreme left position,
the channels Р(1) and А(2), as well as В(4) and R(5)
are connected with each other (Figure 1.11, а).
When the left coil is under voltage, the slide will
move to the right. At the same time, the channel
Р(1) is connected with В(4), while the channel А(2) is
connected with S(3) (Figure 1.11,b). In order to
return the SPD to the original position, it is not
enough just to switch the signal off the left coil. It is
necessary to also supply the signal to the right coil.
If there’s no signal at any of the coils, the slide,
due to friction forces, will stay in the position that it
had when the last signal was supplied to the SPD.
Similarly, the situation won’t change if the signals
will be present at both coils at the same time,
because electromagnetic forces will be balanced.