Пневмоприводы с пневматической системой управления по своей структуре аналогичны другим приводам c электронными системами управления и отличаются только типом применяемых устройств (рисунок 11).
Рисунок 11 – Структура пневматического привода с пневматической системой управления
Для создания автоматического привода с пневматической системой управления необходимы:
- распределители с пневматическим управлением в силовом контуре;
- датчики обратной связи - пневматические конечные выключатели (распределители с механическим управлением);
- пневмоэлементы подачи команд и сигналов (переключатели и индикаторы) для создания пульта управления;
- пневматические вычислительные (логические) устройства для создания системы управления, реализующей заданный алгоритм работы.
Главной частью автоматического привода, его «мозгом» является система управления. Её основная задача – обеспечение заданной последовательности выполнения технологических операций, т.е. заданной последовательности движений пневматических цилиндров.
В цикловых приводах работа всех аппаратов осуществляется в режиме «включено – выключено», поэтому для создания пневматических систем управления идеально подходят логические клапаны серии 2L (рисунок 12). В состав серии входят логические клапаны «ДА», «НЕТ», «И», «ИЛИ», «ПАМЯТЬ», клапан-усилитель логических сигналов и клапан двуручного включения.
Рисунок 12
а – клапаны «Да», «Нет»; б – клапаны «И», «ИЛИ»; в – клапан «Память»; г – клапан-усилитель
Работа логических клапанов ДА, НЕТ, И, ИЛИ описана в первой части статьи. Работа клапана «Память» аналогична работе 5/2 бистабильного распределителя с пневматическим управлением с ручным дублированием (рисунок 13).
Клапан-усилитель используется при работе системы управления на низком давлении (до 3-х бар) и совместно с датчиком «сопло – заслонка».
Клапан двуручного включения (рисунок 14) используется для обеспечения безопасности оператора при управлении таким оборудованием, как прессы, штампы, пилы и т.д. Клапан обеспечивает задействование обеих рук оператора при управлении. Шток цилиндра будет выдвигаться только в том случае, если одновременно нажаты обе кнопки. Интервал времени между нажатием одной и другой кнопок не должен превышать 0,5 секунды. Если разница во времени будет больше, то клапан не срабатывает. В этом случае необходимо отпустить обе кнопки и снова одновременно нажать.
Рисунок 13 – Работа клапана «Память»
Рисунок 14 – Клапан двуручного включения и схема его применения
Клапаны серии 2L позволяют решать любые задачи циклового управления. Существуют различные методы разработки пневматических систем управления, которые позволяют получать пневматические схемы с минимальным количеством элементов. Некоторые из этих методов описаны в электронном учебном пособии «Пневматика для всех».
Используя эти методы, разработана система управления автоматом розлива карусельного типа (рисунок 15), пневмосистема которого оснащена 15-ю исполнительными двигателями.
Рисунок 15 – Монтаж и наладка пневматической системы управления автоматом
розлива карусельного типа
На каждой позиции карусели выполняется одна из операций – установка тары, дозировка, укладка крышки, укупорка, маркировка. Все приводы работают параллельно. Поэтому необходимо было разработать локальную систему управления для каждого контура и «главную» систему управления, обеспечивающую синхронизацию работы контуров с приводом поворота карусели. Задача осложнялась тем, что конструктивно не на всех цилиндрах можно было установить конечные выключатели, поэтому некоторые операции реализовывались управлением по времени. Кроме автоматического, предусмотрен наладочный режим, при котором каждым контуром можно управлять автономно.
Для создания системы управления потребовалось около 50-ти логических клапанов. Для создания аналогичной по функциям электрической системы управления потребовался бы программируемый контроллер с 21-м дискретным входом и 15-ю дискретными выходами. В данном случае стоимость комплектующих соизмерима, но ключевое требование заказчика - разработка системы управления на базе пневматической логики - обусловлено условиями окружающей среды: автомат должен эксплуатироваться в пожароопасном помещении для розлива легковоспламеняющихся жидкостей.
Все клапаны серии 2L имеют встроенный механический индикатор выходного давления, позволяющий осуществлять контроль за работой пневмосистемы и легко выявлять ошибки при наладке оборудования или в случае возникновения неисправности.
Клапаны серии 2L специально разработаны для решения задач управления, отличаются компактными размерами и работают при давлении (логической единицы) 2…10 бар при температура окружающей среды -20…+60°С (при работе на морозе воздух должен иметь точку росы на 10°С ниже минимальной температуры окружающей среды).
В силовом контуре автоматических пневмоприводов используют широкую номенклатуру хорошо зарекомендовавших себя распределителей различных серий с пневматическими управляющими сигналами с номинальным расходом от 200 до 6600 нл/мин и рабочим давлением -0,9…10 бар (рисунок 16).
Особо следует выделить серии 3, 4, 9, NA, способные работать в диапазонах температур -50…+60 °С и -5…+150°С (в отличие от электронных устройств в стандартном исполнении, большинство из которых имеет значительно меньший температурный диапазон).
В качестве датчиков и элементов пульта управления Camozzi предлагает клапанные мини-распределители серии 2. Эти устройства также специально разработаны для решения задач управления и фиксации аварийных режимов и отличаются компактным исполнением.
Рисунок 16 – Распределители с пневматическим управлением
а – серия Е; б – серия 8 (в корпусе); в – серия EN; г – серия 3; д – серия 4; е – серия 9
Датчики положения или конечные выключатели представляют собой 3/2 Н.З. и 3/2 Н.О. распределители с механическим управлением (рисунок 17) с «классическим» набором исполнения механической части – плунжер, плунжер с панельным креплением, ролик, ролик с ломающимся рычагом.
Рисунок 17 – Конечные выключатели серии 2 с различным исполнением механической части:
а – плунжер; б – ролик; в – ролик с ломающимся рычагом
При высокой частоте срабатывания приводов механическая часть конечных выключателей подвержена износу. Поэтому в электропневматических приводах широко используют бесконтактные электрические конечные выключатели. В приводах с пневматической системой управления применяют бесконтактные датчики типа «сопло-заслонка» (рисунок 18).
Датчик состоит из сопла 2LB-SE и приёмника 2LB-SR. Поток воздуха, направляемый из сопла в приёмную часть, препятствует выходу потока из приёмника. При этом на выходе приёмника создаётся некоторое избыточное давление. Если преграда закрывает поток, выходящий из сопла, то струя из приёмника выходит свободно в атмосферу, на выходе приёмника отсутствует избыточное давление.
Рисунок 18 – Принцип работы и схема включения бесконтактного пневматического датчика
а – нет преграды между соплом и приёмником; б –преграда между соплом и приёмником
Давление питания сопла должно быть в пределах 0,3…2 бара и всегда должно быть больше или равно давлению питания приёмной части (0,3…0,6 бар). Давление на выходе приёмника невелико, поэтому его подключают к клапану-усилителю давления 2LA-AM, который усиливает его до давления питания. Максимальное расстояние между соплом и приёмником 100 мм.
Сопло и приёмник требуют постоянного потребления воздуха до 45 Нл/мин и их суммарная стоимость вместе с клапаном-усилителем выше стоимости механического конечного выключателя. Поэтому датчик типа «сопло-заслонка» применяют в тех случаях, когда применение механического датчика невозможно или затруднено.
Для создания циклового привода наличие датчиков положения не является обязательным условием. Есть отдельный класс задач, где конструктивно невозможно установить механические конечные выключатели или систему «сопло-заслонка». Здесь снова на помощь приходят логические клапаны ДА, НЕТ с пороговым срабатыванием, позволяющие реализовать управление по времени или по давлению.
Для автоматического возврата цилиндра в исходную позицию используют стандартную схему одновибратора (рисунок 19 а), управляющего моностабильным распределителем. С помощью дросселя ДР1 на выходе клапана К1 устанавливается длительность сигнала, достаточная для выполнения цилиндром технологической операции. Длительность сигнала на входе Х должна быть больше, чем требуемая длительность на выходе клапана.
Рисунок 19 – Использование клапана НЕТ для управления по времени (а) и по давлению (б)
В качестве конечного выключателя используют клапан «НЕТ», управляющий вход которого подключён к выхлопной полости цилиндра (рисунок 19 б). При движении цилиндра воздух, выходящий из выхлопной полости, создаёт перепад давления на распределителе или дросселе более 0,3 бара. И только при остановке цилиндра давление в выхлопной полости уменьшается до нуля, приводя к переключению клапана. У цилиндров с торможением в конце хода для гарантии касания поршнем крышки может потребоваться установка дросселя ДР3 на управляющем входе клапана.
Для создания пультов и панелей управления предлагаются мини-распределители панельного монтажа с ручным управлением (рисунок 20) различных конструкций: джойстик на две позиции без фиксации; джойстик на четыре позиции без фиксации; поворотный переключатель на две позиции с фиксацией; поворотный переключатель на три позиции с фиксацией; кнопка без фиксации; кнопка-грибок без фиксации; кнопка-грибок с фиксацией; ключ на две позиции с фиксацией.
Распределители устанавливаются как в отверстия ∅22 мм, так и ∅30 мм (с помощью специального адаптера) и позволяют создавать компактные и эргономичные пульты и панели управления.
Рисунок 20 – Мини-распределители серии 2 с ручным управлением
а – ключ; б – джойстик на две позиции; в – поворотный переключатель на три позиции
Для создания пневмоприводов с ручным или механическим управлением Camozzi предлагает распределители серий 1, 3, 4, 9 с механическим, сенсорным и ручным управлением с номинальным расходом 500…1900 Нл/мин со структурами 3/2, 5/2 (моностабильные и бистабильные) и 5/3 (только с ручным управлением) с широкой номенклатурой исполнения управляющей части (рисунок 21).
Рисунок 21 – Распределители серии 3 с механическим (а), сенсорным (б)
и ручным (в) управлением
У моностабильных распределителей управляющая часть выполнена в виде плунжера, ролика (рычага), ролика с ломающимся рычагом, кнопки, кнопки-грибка, тумблера (рычага); у бистабильных – кнопка (с вытягиванием), тумблер, поворотная ручка, плунжер, ролик (рычаг); у трёхпозиционных – тумблер (с фиксацией и без), поворотная ручка.
Более подробную информацию о применении и создании пневматических приводов с пневматическими системами управления партнёры компании могут получить на бесплатных информационно-обучающих семинарах. Кроме глубоких теоретических знаний посещение семинара позволит Вам самостоятельно выполнить лабораторные работы по изучению приводов, построенных на основе пневматической логики и транслировать полученный опыт на стенды-тренажёры, где можно самостоятельно 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., Учебно-научный центр
ООО «Камоцци Пневматика»
Предыдущие статьи:
ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ПРИВОДАМИ НА БАЗЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ЛОГИКИ (часть первая)
МАНИПУЛЯТОРЫ CAMOZZI В УПАКОВОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НОВЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФИТИНГОВ CAMOZZI
Камоцци Пневматика: пневмоприводы для управления массивными объектами
ПНЕВМОПРИВОДЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАССИВНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ КАМОЦЦИ: МАГИСТРАЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА СЖАТОГО ВОЗДУХА (ЧАСТЬ 1)
НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ КАМОЦЦИ: МАГИСТРАЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА СЖАТОГО ВОЗДУХА (ЧАСТЬ 2)
ПЛАСТИКОВЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ В ПНЕВМАТИКЕ
