книги / Основы пневмоавтоматики

чередуются пассивные и активные струйные элементы, что обес­ печивает помехоустойчивость и повышает функциональную ус­ тойчивость работы модулей. Питание струйных модулей осуще­ ствляется нормализованным давлением воздуха 0,14 МПа через фильтры с тканью Петрянова и струйные эжекторы. Эжектор согласно структуре СМСТ-2 рассчитан на обеспечение питанием струйных блоков, выполняющих законченные укрупненные функ­ ции, например, сравнение двух восьмиразрядных двоичных чи­ сел, функции декадного счетчика и т. д. Примеры схем с моду­ лями СМСТ показаны на рис. 135, б.

Система СМСТ предназначена для создания довольно слож­ ных вычислительных устройств дискретного действия, в основе построения которых заложен агрегатный принцип.

Агрегатный принцип нашел также свое отражение в работах НИИТеплоприбора [49] при построении комплекса вычислитель­ ных устройств струйной автоматики. Устройства комплекса пред­ назначены для выполнения основных цифровых и логических операций, связанных с вводом, выводом, переработкой и хране­ нием дискретной информации.

Комплекс включает следующие устройства: сложения и вы­ читания, командозадающее, динамической памяти, преобразова­ ния кодов, ручного ввода чисел.

Устройство сложения и вычитания предназначено для сложе­ ния и вычитания двух двоичных чисел как положительных, так и отрицательных. Оно выполнено по обычной для арифметиче­ ских устройств схеме комбинационного параллельного сложения в обратном коде с циклическим переносом.

Устройство динамической памяти служит для записи двоич­ ных чисел, их хранения, переадресации и выдачи по управляю­ щей команде. Разрядность записываемых чисел и их количество зависят от комплекта и разрядности статических регистров, на которых построено устройство.

Устройство сравнения сравнивает два числа, заданные парал­ лельным двоичным или двоично-десятичным кодом, оно имеет три выхода, соответствующие результатам сравнения «больше», «равно», «меньше».

Устройство преобразования кодов выполняет преобразование сдвинутых двоичных или двоично-десятичных кодов в цифровой двоичный или двоично-десятичный код. Сдвинутые коды посту­ пают при считывании с кодовых масок непрерывно-дискретных преобразователей, работающих по методу двойной щетки [36, 49].

Устройство ручного ввода чисел служит для преобразования десятичных чисел, задаваемых ручными пневматическими задат­ чиками, в их двоичный эквивалент. Это устройство работает по принципу комбинационного параллельного сложения кодов деся­ тичных цифр с учетом их двоичных весов и является также входным устройством центральной части цифровых систем уп­ равления.

251

Командозадающее устройство предназначено для последова­ тельной выдачи командных сигналов. Предусмотрена возмож­ ность работы в кольцевом режиме и в режиме одиночных цик­ лов, а также возможность принудительной выдачи командных сигналов в любой такт работы.

Предусмотрена возможность увеличения емкости любого уст­ ройства комплекса путем увеличения числа входящих в нега унифицированных секций. По конструктивным признакам комп­ лекс дискретных устройств струйной пневмоавтоматики аналоги­ чен агрегатной системе вычислительной техники и комплексу электронных технических средств локальных информационных управляющих систем (КТСЛИУС).

Устройства комплекса построены на основе одного многоре­ жимного струйного дискретного элемента — пневмистора, что способствует унификации и является существенным преимуще­ ством. Действие пневмистора основано на эффекте Коанда. В от­ личие от струйного элемента, показанного на рис. 70, 71, пневмистор имеет по два входных канала, расположенных симмет­ рично относительно питающего канала, и два взаимоинверсных выхода. Изменение режима работы достигается выбором способа включения элемента. В зависимости от способа включения мож­ но осуществлять либо логические операции ИЛИ — НЕ ИЛИ„ запрет— импликация, либо операцию запоминания сигнала, ре­ жим триггера с раздельными входами.

Устройства комплекса применяют для построения систем циф­ ровой регистрации, цифрового программного управления, а так­ же в системах автоматического контроля, управления адресова­ нием в специализированных вычислительных устройствах.

К недостатку агрегатной системы дискретных устройств, по­ строенных на одном универсальном элементе, следует отнести несколько меньшее быстродействие по сравнению с модульными устройствами. Преимуществом их является возможность боль­ шей унификации и сравнительная простота технологии изготов­ ления, требующая наличия всего одной разновидности штампа струйного элемента.

5.СТРУЙНО-МЕМБРАННАЯ ТЕХНИКА

Вструйно-мембранной технике, развитие которой идет па­ раллельно со струйной и мембранной техникой, для построения пневматических устройств используют как струйные, так и мем­ бранные элементы [6].

Устройства, собранные на струйных и мембранных элемен­ тах, несомненно, имеют ряд преимуществ по сравнению с чисто мембранными устройствами — меньшие габаритные размеры, содержат меньше подвижных и упругих деталей, что повышает их надежность. В этих устройствах все преобразователи, выпол­ няющие логические операции, реализуются на струйных элемен-

252

тах, работающих в низком диапазоне рабочих давлений и в пас­ сивном режиме, когда к элементам не подводится давление пи­ тания. На выходах преобразователей, построенных на струйных элементах, в том числе и тех выходах, которые предназначены для организации обратных связей, установлены двухкаскадные мембранные усилители по давлению и мощности. Первый каскад такого усилителя служит для усиления по давлению с коэффи­ циентом усиления, примерно равным 100, второй — для усиления по мощности. Входы струйных логических преобразователей коммутируются с выходами других релейных логических уст­ ройств, с различного рода кнопками и концевыми выключателя­ ми, а также, с собственными выходами для организации отрица-

Рис. 136. Мембранный двухкаскадный усилитель

тельной или положительной обратных связей. Как уже было указано, струйные элементы работают в низком диапазоне рабо­ чих давлений, однако все входные сигналы и сигналы обратных связей принимают значения из нормального диапазона рабочих давлений. Поэтому для понижения давления на всех входах в струйных логических преобразователях установлены пневма­ тические сопротивления.

При прохождении пневматического сигнала по цепочке после­ довательно соединенных струйных элементов он затухает. Это обстоятельство не дает возможности реализовать любые логиче­ ские функции и строить цепочки большой протяженности. Поэто­ му для выполнения схем некоторых логических функций прихо­ дится применять несколько логических преобразователей с вы­ ходными усилителями давления и мощности, что предотвращает недопустимую потерю мощности в цепочке струйных элементов. Пневматическая релейная схема, реализованная указанным спо­ собом на струйных и мембранных элементах, представляет собой набор, включающий однотипные узлы. Каждый отдельный узел состоит из логического преобразователя, набранного из пассив­ ных струйных элементов, на выходах которого установлены уси­ лители давления и мощности.

Мембранный усилитель давления и мощности представляет собой одномембранный усилитель давления, к выходу которого в качестве усилителя мощности присоединено наиболее распро­ страненное трехмембранное реле системы УСЭППА (рис. 136). Дроссель, соединяющий нижнюю камеру усилителя давления с атмосферой, применен для создания небольшого давления в ка­ мере, обеспечивающего гарантированный зазор между соплом и

253

заслонкой. В качестве струйных элементов, предназначенных для выполнения логических функций, применяют всего два элемента

(рис. 137), которые составляют		набор,	позволяющий				получить
любые логические функции.	Элемент ИЛИ			на	большее число
входов может быть построен	без применения струйных элемен­
		тов— на		проточной			камере
		(рис.	138).		Струйно-мем­
		бранный способ				построения
		схем пневмоавтоматики поз­
		воляет значительно снизить
		требования			к характеристи­
		кам	струйных			элементов.
		Однако		схемы, построенные
		с применением				технических
а)		средств струйно-мембранной
Рис. 137. Пассивные струйные элемен­		техники, имеют повышенный
ты струйно-мембранной техники:		расход воздуха				по	сравне­
а — комбинированный струйный элемент;		нию	даже со схемами, по­
6 — элемент, выполняющий логическую
операцию ИЛИ		строенными			на	некоторых

типах струйных элементов. В качестве примера на рис. 139, а представлена реализация

схемы триггера с раздельными входами и на рис. 139, б — схема

разряда двоичного сумматора с памятью и с управлением считы-

?1 > -

. >— - jL г- Л '— -_______

Р0> ^ Г

Z=Pl +P2+""hPn

Рис. 138. Схема элемента ИЛИ на дросселях и про­ точной камере

вания. Рассмотрим работу триггера с раздельными входами (элемента памяти). При подаче входного сигнала давления рз или /?4 на вход усилителя мощности на выходе возникает сигнал

г, соответствующий условной единице. В качестве обратной свя­ зи этот сигнал заводится также на вход струйного элемента. Если сигналы рз и р4 станут равными нулю, то благодаря дей­

ствию сигнала обратной связи на выходе г будет удерживаться сигнал, равный единице, т. е. произойдет запоминание входного сигнала (сигналов). Если теперь один из сигналов р\ или р2 или оба сигнала р\ и р2 примут значение единицы, то струя, вытека­

ющая из канала обратной связи, отклонится и сигнал г на выхо­ де элемента поменяет свое значение с единицы на ноль, причем

254

ноль сохранится и в том случае, если сигналы р\ и р2 станут рав­

ными нулю и т. д.

На выходе суммы одного разряда струйно-мембранного дво­ ичного сумматора (рис. 139, б) появляется сигнал, равный еди­

нице в том случае, если хотя бы один из суммируемых сигналов

Р\ или р 2 или сигнал переноса из i — 1-го разряда z \ _ x	принима­
ют значение единицы либо все три сигнала р\, р2 и z\_x	принима­

ют значение единицы. В противном случае на выходе суммы бу-

Рис. 139. Примеры схем струйно-мембранной техники:

а — триггер с раздельными входами; в — разряд	двоичного сумматора с
памятью
дет ноль. Сигнал на выходе переноса z \	принимает значение
единицы, если все три входных сигнала р\,	р2 и z*t_ x будут равны

единице или же только два из трех.

Сигнал с выхода суммы разряда двоичного сумматора заво­ дится в устройство управления считыванием (элементы 1 и 2).

При подаче и снятии сигнала считывания рз на выходе z* появ­ ляется и запоминается сигнал суммы. При повторной подаче сигнала рз на выходе Zi появится новое значение суммы и т. д.

6. ТЕХНИКА ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ В СТРУЙНОЙ ПНЕВМОАВТОМАТИКЕ

Получившие в настоящее время широкое распространение элементы и системы струйной пневмоавтоматики работают на потенциальных уровнях расходов и давлений, необходимых для питания и управления. По аналогии с электрическими цепями постоянного тока указанное направление в пневмоавтоматике можно назвать техникой постоянных токов. При этом расходы и давления принимают потенциальные фиксированные значения. Различные элементы и системы постоянного тока дискретного

255

действия при условии функциональной устойчивой работы базо­ вых логических элементов успешно используют в промышленно­ сти. Однако применение аналоговых струйных устройств затруд­ нено вследствие их невысокой точности, что является следствием высокого уровня шумов, дрейфа нуля усилителя и низкого коэф­ фициента усиления. Повысить точность аналоговых струйных устройств, а также улучшить некоторые показатели качества дис­ кретных элементов и расширить области применения струйной пневмоавтоматики можно, перейдя на технику переменных токов (потоков), широко известную в электротехнике.

Главными преимуществами струйных систем переменного то­ ка по сравнению с системами постоянного тока можно считать уменьшение влияния шумов, отсутствие дрейфа нуля, возмож­ ность обеспечения повышенной точности и быстродействия. К существенным преимуществам следует также отнести возмож­ ность создания достаточно точных и быстродействующих струй­ ных датчиков, позволяющих измерять различные регулируемые параметры — температуру, давление, положение и др.

Техника переменных токов в пневмоавтоматике развивается на стыке акустики и пневматики. Как известно, в системах, ра­ ботающих на переменном токе, должен быть стабильный источ­ ник гармонических колебаний питающего потока. Такими устрой­ ствами, предназначенными для питания, могут быть струйные генераторы колебаний, акустико-пневматические элементы с ре­ зонаторами Гельмгольца, пневмомеханические (в том числе — камертонные генераторы). В ряде случаев удается совместить генератор колебаний с функциональным элементом — усилите­ лем переменного тока.

Принцип действия струйных систем переменного тока может базироваться на использовании частотной, фазовой, амплитудной или иного типа модуляции основного гармонического питающего сигнала путем воздействия на него управляющего сигнала как потенциального, так и гармонического.

Элементами цепи переменного тока в струйной технике могут служить элементы различных типов [60]. Весьма эффективным является использование в качестве струйных элементов перемен­ ного тока турбулентных усилителей.

Существуют две возможности модулирования несущей часто­ ты — относительно некоторой постоянной составляющей и отно­ сительно нулевого уровня. При модуляции струйного сигнала относительно постоянной составляющей затем выделяют огибаю­ щую. Амплитуды колебаний малы, так как питающая струя в элементе с силовым взаимодействием струй обычно не откло­ няется на полную величину, а в турбулентном струйном элемен­ те перемещение турбулентного конуса относительно приемного сопла не является полным.

Использование в струйной пневмоавтоматике в основном двух видов модуляции — фазовой и частотной дает возмож-

256

дует, что для малых длин линии обратной связи частота в зави­ симости от давления питаний меняется по квадратичному закону. В своих опытах Келли показал [58], что частота генератора про-

О	500	1000	1500 С,мм	0	100	150	200ро%ммвод.ст.
			а)				5)

Рис. 141. Частотные характеристики генератора колебаний:

а — зависимость частоты от длины линии обратной связи; б — зависимость частоты от давления питания при различной длине линии обратной связи

порциональна_корню квадратному из абсолютной температуры,

т. е. / = V Т, Это было использовано для построения датчика

температуры.

р~ мм вод.ст.

Генератор колебаний на турбулентном усилителе можно применять в струйных системах переменного тока как генератор несущей частоты, частотный датчик температуры и в качестве других элементов пневматической цепи переменного тока.

Струйный модулятор-усилитель. Одним из основных эле­ ментов цепи переменного тока является модулятор, состоящий из двух турбулентных усилителей (рис. 142, а). Один из них

258

является генератором колебаний,	выходной	сигнал р 7	кото­
рого в качестве несущей подается	на один	из входов	другого

турбулентного усилителя. На второй вход турбулентного уси­ лителя подается сигнал /?“ постоянного тока, модулирующий

несущую частоту. Характерной особенностью рассматриваемого типа модулятора является сочетание свойств модуляции с одно­ временным усилением входного сигнала. Поэтому выходной сигнал = —kp=9 гд е& > 1 . Испытания модулятора-

усилителя проводились на разных частотах от нескольких

Рис. 143. Струйный усилитель-преобразователь переменного тока с модуля­ тором:

а — схема; б, в — характеристики элемента

десятков герц до 400 Гц, при разных давлениях питания и плав­ ном изменении управляющего сигнала /?= постоянного тока. Из рассмотрения экспериментальных графиков (рис. 142, б)

следует, что для всех исследованных частот имеется линейный рабочий участок / характеристики. С увеличением несущей частоты f крутизна характеристики усилителя и выходная ам­ плитуда р~~ уменьшались. Полоса пропускания частот моду­

лятора определяется несущей частотой.

Струйный усилитель-преобразователь переменного тока с

модулятором. Струйный усилитель	с модулятором состоит
(рис. ^143, а) из генератора несущей	частоты 2, модулятора 3,

буферного турбулентного усилителя 1 и усилителя переменного тока 4.

Система работает следующим образом. Колебания несущей частоты / с амплитудой р~ от генератора 2 одновременно

поступают в модулятор 3 и в буферный каскад У, а с них в уси­ литель переменного тока 4. Буферный каскад служит для фор­ мирования на входе усилителя 4 сигнала с необходимой ампли­

тудой колебаний.

17*

259