Обобщенные преимущества систем пневмоавтоматики

Преимущества	Пояснения
1. Доступность воздуха	Воздух берется из атмосферы
2. Транспортабельность	Воздух легко транспортируется по трубопроводам на большие расстояния
3. Способность к аккумулированию	Сжатый воздух может накапливаться в резервуарах, в том числе в переносных
4. Нечувствительность к колебаниям температуры, вибрациям, электромагнитным и радиационным помехам	Сжатый воздух может работать при высоких температурах, вибрациях, электромагнитных и радиационных помехах
5. Взрывобезопасность	Сжатый воздух взрыво-и пожаробезопасен
6. Экологическая чистота	Сжатый воздух без распыленного в нем масла не чистота загрязняет окружающую среду
7. Простота конструкции пневмоэлементов	Пневмоэлементы просты в производстве и поэтому недороги
8. Высокая скорость перемещения	Сжатый воздух перемещается с большей скоростью, что позволяет получить высокую скорость движения пневмопривода.
9. Нечувствительность к перегрузкам	Пневматические инструменты и исполнительные устройства не боятся перегрузки и могут нагружаться вплоть до полной остановки

Возможность работы пневмосистем без возвратных сливных линий, пожаробезопасность и химическая нейтральность рабочей среды обеспечивают эффективность их работы в шахтах, в условиях радиации и в химических производствах.

Некоторые недостатки систем пневмоавтоматики сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Недостатки систем пневмоавтоматики

Недостатки	Пояснения
1. Необходимость подготовки сжатого воздуха к работе	Сжатый воздух должен быть хорошо подготовлен против опасности быстрого износа пневмоустройств из-за наличия в нем твердых включений и конденсата воды
2. Сжимаемость воздуха	Сжатый воздух не позволяет получить равномерную и постоянную скорость выходного звена пневмоустройств
3. Ограничения по усилию	Сжатый воздух является экономически выгодным только до определенных давлений, что ограничивает усилия пневмоприводов диапазоном до 50000 И
4. Ограничения по дальнодействию и быстродействию	Дальнодействие пневмосистем ограничивается несколькими сотнями метров, а быстродействие - скоростью звука
5. Уровень шума	Прямой сброс воздуха в атмосферу сопровождается сильным шумом

Основные уравнения пневматики нелинейны. Однако это создает проблемы, в основном, больше при анализе пневмосистем, чем при их проектировании. Развитию пневмоавтоматики способствовал переход от принципа компенсации перемещений к принципу компенсации сил, внедрение элементного принципа построения пневматических приборов, использованию струйной техники и техники переменных токов для построения систем пневмоавтоматики, а также эффектов взаимодействия струй со звуковыми сигналами. Итогом перехода от принципа компенсации перемещений к принципу компенсации сил явилось построение отечественной агрегатной унифицированной системы и освоение этой системы приборов промышленностью. Появились первые вычислительные приборы, такие, как сумматор и множительное устройство.

Применение рабочих давлений низкого диапазона позволило легко получать линейные пневматические сопротивления и строить вычислительные приборы с применением операционного пневматического усилителя так, как это делается в области электроники.

Перенос из электроники в область пневмоавтоматики элементного принципа построения приборов позволил отказаться от трудоемкого конструирования каждого отдельного прибора. Элементный способ построения вычислительных приборов и устройств пневмоавтоматики нашел свое воплощение в отечественной Универсальной системе элементов промышленной пневмоавтоматики. В настоящее время используются промышленные изделия пневмоавтоматики, выпускаемые крупными фирмами, такими, как Фесто, по международным стандартам. Эти фирмы имеют филиалы по всему миру, и специалисты могут по каталогам выбирать и заказывать необходимые устройства для построения пневмосистем.

Подобно тому, как в свое время в области электроавтоматики зародилось новое техническое направление - электроника, так и в области пневмоавтоматики возникло новое направление - пневмоника, или струйная техника. Принципы струйной техники коренным образом отличаются от всех ранее известных принципов построения пневматических приборов. В приборах струйной техники полностью отсутствуют какие-либо механические подвижные детали, а управление осуществляется за счет взаимодействия струй воздуха. Приборы струйной техники миниатюрны и допускают применение технологии печатных схем. В струйной технике используются как постоянные, так и переменные пневматические токи, что обеспечивает получение высокой точности при создании приборов.

Одним из сравнительно новых направлений пневматики является пневмоакустика. В основе пневмоакустики лежит свойство воздушных струй взаимодействовать со звуковыми сигналами. Уже сейчас построены пневмоакустические приборы, позволяющие осуществлять управление звуком на расстоянии и осуществлять некоторые измерения. Освоение этого нового направления даст возможность в будущем улучшить технические средства пневмоавтоматики.

Краткий перечень новых направлений, по которым идет развитие технических средств пневмоавтоматики, показывает, какое важное место она занимает в автоматизации различных производственных процессов и в технике управления. В настоящее время пневмоавтоматика достигла такого уровня развития, при котором практически возможно построение любого управляющего устройства непрерывного действия, любой релейной схемы и любого управляющего устройства непрерывно-дискретного действия. Ограничением является лишь низкое быстродействие систем пневмоавтоматики.

Усложнение современных задач автоматического регулирования и управления диктует требования к повышению производительности оборудования, уменьшению брака, повышению качества управления и надежности средств автоматизации, а также экономической эффективности автоматизируемого производства в целом.

Система струйных модулей позволила создать устройства программного управления металлорежущими станками, систему оптимизации прямой гидратации этилена, струйные цифровые регуляторы и другие приборы и устройства. Технические средства струйной и мембранной пневмоавтоматики позволили создать современную медицинскую аппаратуру для искусственного дыхания и кровообращения, которая широко применяется в медицинской практике. На основе приемных акустико-пневматических элементов созданы, в частности, устройства дистанционного управления и длинная пневматическая линия с пассивным электрическим контуром.

Принципы конструирования ПСА. Серийные ПСА строят на основе принципов компенсации перемещений и сил; принцип сравнения расходов пока не нашел применения в приборостроении.

Устройства и приборы ПСА, построенные на принципе компенсации перемещений, основаны на преобразователях пневмосигналов в линейные перемещения и содержат механические рычаги, тяги и другие элементы. Такие устройства имеют сложную механическую часть, обладают небольшими коэффициентами усиления и низкой эксплуатационной надежностью. Принцип копменсации перемещений широко применяли при конструировании ПСА в 40-50-е годы; в 70- 80-е годы его иногда используют при создании встроенных регуляторов.

Устройства ПСА, базирующиеся на принципе компенсации сил, содержат преобразователи давлений в усилия и мембранные компараторы. Для таких устройств характерны почти полное отсутствие механических узлов, малые перемещения чувствительных элементов и большие коэффициенты усиления. На этом принципе сконструированы пневматические устройства и приборы ГСП.

Конструктивное оформление ПСА. Отечественные ПСА имеют четыре условных уровня агрегатизации: элементный, модульный (агрегатный); приборный и блочный.

Под элементом в ПСА понимают законченную конструкцию, предназначенную для выполнения одной простой операции (усиление, сложение, преобразование и т.п.). Элементы условно классифицируют на простые (неделимые) и сложные (составные). Простые элементы (дроссели, емкости, мембраны, пружины и др.) не имеют самостоятельного значения в ПСА, их используют для конструирования более сложных элементов (типа пневмокамер, усилителей, реле и т.п.).

Совокупность элементов с унифицированными сигналами и единым конструктивным оформлением образует систему элементов. Применяемые системы элементов ПСА обычно избыточны, в их состав входят более сложные узлы, ячейки, модули с единым конструктивным оформлением. Отечественные ПСА базируются преимущественно на универсальной системе элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА), комплексе миниатюрных элементов и модулей пневмоавтоматики (КЭМП) и - частично - системе элементов струйной техники.

Элементы ПСА по характеру изменения сигналов во времени разделяют на аналоговые и дискретные. Сигналы аналоговых элементов изменяются в стандартном диапазоне (20-100) кПа, дискретные сигналы принимают условное значение "0" (не более 10 кПа) и "1" (не менее 110 кПа). Питание всех элементов УСЭППА и КЭМП осуществляется сжатым воздухом давлением (140 ± 14) кПа.

Элементы УСЭППА и КЭМП конструктивно допускают "печатный" монтаж на платах с расположенными в них межэлементными каналами. Элементы УСЭППА имеют небольшие габаритные размеры - в среднем 40х40х50 мм; линейные размеры элементов КЭМП уменьшены в 1,5-3 раза.

Элементы ПСА применяют для построения более сложных устройств - модулей (ячеек), выполняющих самостоятельные функции типа интегрирование, дифференцирование, запоминание и т.п. Конструктивно модуль представляет собой единое устройство, состоящее из группы элементов, которые закреплены на унифицированной плате и соединены внутренними коммуникационными каналами.

Модули с унифицированными информационными и конструктивными характеристиками называют агрегатами. Каждый агрегат предназначен для выполнения определенной функции системы контроля или регулирования, например сигнализации, стабилизации, регистрации. Агрегатные унифицированные системы (АУС) широко применяли в 50 - 60-е годы для автоматизации химических производств.

Приборное конструктивное оформление ПСА предполагает размещение в корпусе одного прибора всех (или почти всех) ячеек, реализующих АСР - измерительного, задающего, регулирующего и регистрирующего устройства. Приборные ПСА строят по принципу компенсации перемещений, что снижает их функциональные возможности и усложняет эксплуатацию. Такие ПСА широко применяли для автоматизации химических производств в 30 - 50-е годы; в настоящее время их иногда производят в форме встроенных регуляторов.

Блочное конструктивное оформление ПСА применяют при построении систем контроля и управления сложных ТОУ. В этом случае систему управления делят на ряд взаимосвязанных блоков, содержащих однотипные функциональные агрегаты или модули, например регуляторы, регистраторы, сигнализаторы и т.п. Блочная компоновка упрощает проектирование, монтаж и эксплуатацию пневматических систем управления. Блочный принцип построения широко используют при создании пневматических и пневмоэлектрических комплексов ТСА типа "Центр", "Режим", "Ритминал".