книги из ГПНТБ / Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики

В. Н. ДМИТРИЕВ, В. Г. ГРАДЕЦКИЙ

ОСНОВЫ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ

Москва

« М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »

1973

Дмитриев В. Н., Градецкнй В. Г. Основы пневмоавтоматики. Л\„ «Машиностроение», 1973, 360 с.

В книге изложены основные сведения по теории и технике мембранной и струнной пневмоавтоматики. Приведены методы расчета элементов, их характеристики, принципы построения, опи­ саны основные системы пневмоавтоматики. Показаны тенденции развития современной пневмоавтоматики.

Особое внимание уделено дискретной ветви струйной пнев­ моавтоматики, струйным логическим элементам различных типов, элементам с турбулпзацпей течения как наиболее распростра­ ненным.

Даны основные сведения о повой области автоматики — пневмоакустнке, сочетающей гидродинамические и акустические эф­ фекты, рассмотрены типовые схемы и устройства.

Вкниге приведены сведения о системах питания мембранной

иструйной пневмоавтоматики.

Книга рассчитана па научных работников, инженеров, зани­ мающихся исследованием и разработкой технических средств автоматики. Табл. 11. Ил. 208. Список лит. 67 назв.

Рецензент д-р техи. паук | И. В. Лебедев

Д _ 3 2 3 в - 3 1 8 _ З І 8 ___ з 0 3 8 (0 1 ) — 73

© Издательство «Машиностроение», 1973 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель настоящей книги заключается в изложении основных сведений по пневмоавтоматике, составляющей одно из ведущих направлений в технике автоматического регулирования и управления.

При написании книги были использованы результаты наи­ более крупных исследований отечественных и зарубежных ученых. Обобщение результатов позволило в сравнительно не­ большом объеме дать достаточно полное изложение сути пнев­ моавтоматики. Настоящая монография в отличие от большин­ ства вышедших за последние годы работ, в которых рассмат­ риваются отдельные разделы пневмоавтоматики, включает все основные ее разделы. В некоторых работах, что можно считать вполне правомерным, отделяют мембранную автоматику от струйной. Однако на практике чаще всего используется сочета­ ние мембранных и струйных элементов в единой системе, обу­ словленное рациональным выбором средств и решаемой задачей автоматизации.

В соответствии с выбранной методикой изложения первые главы посвящены элементам мембранной и струйной пневмо­ автоматики, далее приведены основные принципы построения систем пневмоавтоматики и на ряде примеров показана их реа­ лизация, рассмотрены преобразующие периферийные и испол­ нительные пневматические устройства и в последней главе показаны тенденции развития струйной пневмоавтоматики с переходом в область еще более низких рабочих давлений.

На протяжении более пятнадцати лет интенсивные исследо­ вания в области вначале мембранной, а затем струйной пневмо­ автоматики проводятся в Ордена Ленина Институте проблем управления (автоматики и телемеханики). Так, в 1955—1957 гг. впервые в СССР в этом институте были разработаны агрегатная унифицированная система (АУС) и Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА), а в 1957—1959 гг. был предложен струйный принцип построения систем пневмоавтоматики. Поэтому вполне естественно, что авторы настоящей книги базировались главным образом на работах, проведенных в этом институте.

3

5

новые идеи, которые возникали и реализовывались во времени по мере ее развития. Эти новшества в основном сводятся к пере­ ходу от принципа компенсации перемещений к принципу ком­ пенсации сил, применению не только нормального диапазона рабочих давлений (0,14 МПа), но и низкого (0,002 МПа), внед­ рению элементного принципа построения пневматических при­ боров, использованию струйной техники (пневмоникн) и тех­ ники переменных токов для построения систем пневмоавтомати­

компенсации перемещений, малыми габаритными размерами и малыми величинами механических перемещений. Появились первые вычислительные приборы, такие, как сумматор, множи­ тельное устройство и т. д.

Применение рабочих давлений низкого диапазона позволило легко получать линейные пневматические сопротивления и стро­ ить вычислительные приборы с применением решающего (опе­

расхода воздуха, использование в качестве источников питания вентиляторов и т. д. Перенос из электроники в область пневмо­ автоматики элементного принципа построения приборов из от­ дельных резисторов, конденсаторов, усилительных реле и т. д. позволил отказаться от трудоемкого конструирования каждого отдельного прибора.

Элементный способ построения вычислительных приборов и устройств пневмоавтоматики нашел свое воплощение в Уни­ версальной системе элементов промышленной пневмоавтомати­ ки, которая выпускается в настоящее время нашей промышлен­ ностью. Сейчас большое число устройств пневмоавтоматики, работающих в промышлености, реализовано на элементах УСЭППА.

Подобно тому, как в свое время в области электроавтомати­

борах 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

6

печатных схем. В струйной технике используются как постоян­ ные, так и переменные пневматические токи. Последнее обеспе­ чивает получение высокой точности при создании вычислитель­ ных приборов.

В пиевмоипке применяется элементно-модульноагрегатный способ построения систем, базирующийся на интегральных схе­ мах, который становится характерным и для мембранных при­ боров.

И, наконец, в последнее время зародилось новейшее направление — пневмоакустика. В основе пневмоакустпкн ле­ жит свойство воздушных струй взаимодействовать со звуко­ выми сигналами. Уже сейчас построены пневмоакустические приборы, позволяющие осуществлять управление звуком на расстоянии, некоторые измерения и т. д. Освоение этого нового направления даст возможность в будущем улучшить техниче­ ские 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 настоя­ щее время пневмоавтоматика достигла такого уровня развития, при котором практически возможно построение любого управ­ ляющего устройства непрерывного действия, любой релейной схемы и любого управляющего устройства непрерывно-дискрет­ ного действия. Ограничением является лишь низкое быстродей­ ствие систем пневмоавтоматики.

Впоследнее время произошло значительное усложнение задач автоматического регулирования и управления, что дик­ туется требованиями повышения производительности оборудо­ вания, уменьшения брака, повышения качества управления, повышения надежности оборудования и средств автоматизации,

атакже повышением технико-экономической эффективности автоматизируемого производства в целом.

Всоответствии с этими задачами в области пневмоавтома­

можно осуществлять комплексную автоматизацию различных, подчас весьма сложных, объектов управления. На элементах УСЭППА строят все непрерывные приборы и целый ряд дис­ кретных и непрерывно-дискретных устройств. Все эти приборы выпускаются серийно заводом «Тизприбор» и входят в систему «Старт». Так, помимо регуляторов с П и ПИ законами регули­ рующего воздействия в систему «Старт» входит также регуля­ тор, реализующий пропорционально-интегрально-дифференци­ альный (ПИД) закон.

В систему «Старт» входит также прибор извлечения квад­ ратного корня, прибор селектирования большего или меньшего

(

Глава I

ПОДГОТОВКА ВОЗДУХА ДЛЯ СИСТЕМ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ

1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВОЗДУХУ

Воздух в системах пневмоавтоматики является энергоноси­ телем и носителем сигналов информации. Он заполняет каналы, емкости пневмосистем, протекает через узкие щели дроссели­ рующих устройств, воздействует на упругие элементы. Поэтому качество воздуха в значительной степени определяет надеж­ ность работы систем пневмоавтоматики.

В промышленной пневмоавтоматике принято три диапазона давлений питания: низкий (0,0012—0,005 МПа), нормальный (0,118—0,175 МПа) и высокий (0,4—0,98 МПа). Давления низ­ кого диапазона применяют для питания мембранных вычисли­ тельных приборов низкого давления [46], а также устройств струйной пневмоавтоматики. Для питания основных управ­ ляющих и регулирующих мембранных приборов пневмоавтома­ тики, которыми в настоящее время оснащено большинство предприятий, используют давления нормального диапазона. Высокие давления применяют для питания поршневых и мем­ бранных исполнительных устройств.

Использование низких давлений для питания вычислитель­ ных устройств обусловлено тем, что при низких давлениях легко могут быть получены линейные пневматические сопротив­ ления, что необходимо, например, для построения вычислитель­ ных приборов на базе решающих усилителей и уменьшения расхода воздуха в случае применения устройств струйной пнев­ моавтоматики. Перевод приборов на работу в низкий диапазон давлений уменьшает расход воздуха при ламинарном течении примерно в 150 раз, а при турбулентном — примерно в 10 раз. Отличие в потребляемой мощности оказывается еще более разительным.

Наличие в пневмоавтоматике различных диапазонов питаю­ щих давлений определяет собой и несколько различные требо­ вания к параметрам питающего воздуха и оборудованию, слу­ жащему для его подготовки. Так, для струйных приборов, имеющих сравнительно большие проходные сечения дроссели­ рующих отверстий и питаемых от вентилятора, который не вносит масла в подаваемый к прибору воздух, очистка воздуха от пыли с применением фильтров тонкой очистки необязательна.

9