Реализация логических функций при управлении пневматическими приводами.
Цель работы: Изучение пневматических компонентов и типовых схемотехнических решений для реализации логических функций при управлении пневмоприводами.
Виды пневматических логических клапанов и таблицы истиности:
Задание № 1 — Разработать два варианта принципиальных пневматических схем бумагорезательной машины на базе пневмоцилиндра двустороннего действия и бистабильного 5/2 распределителя. В первом варианте использовать логический клапан «И», во втором не использовать.
Решение: Схема пневмопривода с использованием логического пневмоклапана «И».
Реализация логической функции «И» с помощью последовательно соединенных нормально закрытых распределителей.
Задание № 2 — Разработать принципиальную пневматическую схему системы управления толкателем с двумя альтернативными пусковыми кнопками на базе пневмоцилиндра двустороннего действия. Так же при выполнении работы необходимо обратить внимание на то, что замена логического элемента ИЛИ фитингом-тройником, объединяющим выходы «2» кнопок Пуск 1 и Пуск 2, недопустимо, так как это ведет к неработоспособности привода.
Задание № 3 — Разработать принципиальную пневматическую схему системы управления зажимом заготовки на основе цилиндра двустороннего действия и логических клапанов
Решение: Для выполнения указанных выше условий необходимо ввести в состав пневматической системы пневматические датчики контроля наличия заготовки и положения фрезы.
Согласно схемы концевой путевой выключатель К2 контролирует наличие заготовки. Концевой путевой выключатель К1 контролирует положение фрезы и в процессе фрезерования находится в левой позиции.
Задание № 4 — Разработать принципиальную пневматическую схему привода на основе цилиндра двустороннего действия и логических клапанов.
Решение: Для решения поставленной задачи необходимо сформировать привод с использованием пневматического счетного триггера, построенного на основе двух логических элементов «НЕТ».
Так необходимо иметь в виду, что при нажатии кнопки «Пуск» на выходах элементов НЕТ будет низкое давление, так как на входах Х высокое давление. Распределитель 2 переключится только при отсутствии кнопки «Пуск», но при этом команда на переключение распределителя 1 уже не идет — это подготовка к переключению направления движения.
7. Логико-вычислительная подсистема
Логическая функция И (рис. 7.4) устанавливает, аналогично функции ИЛИ, связь между как минимум двумя аргументами.
Рис. 7.4. Логическая функция И
Функция принимает значение 1 тогда и только тогда, когда значения всех аргументов равны 1.
Алгебраическая запись читается так: «А естьХи У».
Существует несколько способов реализации логической функции И в дискретных пневмосистемах. Один из них — применение логического пневмоклапана «И». Отсутствие сигнала хотя бы на одном из входов такого клапана влечет за собой отсутствие сигнала и на его выходе.
7.2. Логические пневмоклапаны
Производители пневматического оборудования, как правило, не выпускают специальных элементов для реализации логических функций ДА и НЕ. Это объясняется тем, что данные функции могут поддерживаться выпускаемыми серийно моностабильными 3/2-пневмораспределителями, нормально закрытыми (ДА) и нормально открытыми (НЕ) соответственно.
Для реализации же логических функций ИЛИ и И выпускают специальные клапаны, называемые логическими пневмоклапанами.
Логический пневмоклапан «ИЛИ»
Логический пневмоклапан «ИЛИ», по существу, представляет собой выполненные в едином корпусе два обратных клапана с общими запорным элементом и выходом (рис. 7.5).
Рис. 7.5. Логический пневмоклапан «ИЛИ»
Подача сжатого воздуха в один из входных каналов (X или Y) вызывает перемещение клапана на противолежащее седло, что сопровождается перекрытием второго канала входа и поступлением воздуха на выход А элемента. При одновременном наличии двух различных по значению давления входных сигналов на выход приходит больший сигнал (клапан закрывает тот канал входа, в который подан меньший сигнал); при равенстве сигналов клапан будет находиться в нейтральном положении.
7. Логико-вычислительная подсистема
В иностранной технической литературе логические пневмокпапаны «ИЛИ» иногда называют перекидными или челночными клапанами, что связано с их принципом действия.
На первый взгляд может показаться, что для независимого управления пневмоцилиндром из двух разных мест (такая ситуация часто встречается на технологическом оборудовании) достаточно установить параллельно две пусковые кнопки, объединив их выходы через тройник (рис. 7.6, а).
Рис. 7.6. Применение логического пневмоклапана «ИЛИ»
При использовании такого варианта коммутации нажатие на любую из пусковых кнопок 1.2 или 1.4 может не привести к срабатыванию исполнительного распределителя 1.1, т. к. управляющий сигнал будет главным образом уходить в атмосферу через канал сброса второй (незадействованной) пневмокнопки, а не поступать в линию управления пневмораспределителем 1.1.
Независимое управление пневмораспределителем 1.1 и, соответственно, пуск пневмоцилиндра 1.0 из двух разных точек возможно обеспечить только путем реализации функции логического сложения (ИЛИ) сигналов от пневмокнопок 1.2 и 1.4 с помощью клапана «ИЛИ» 1.6 (рис. 7.6, б).
Логическая функция ИЛИ в принципе может быть также реализована посредством использования золотникового моностабильного распределителя с пневматическим управлением (рис. 7.7).
Рис. 7.7. Реализация логической функции ИЛИ посредством золотникового моностабильного распределителя
По команде от пневмокнопки 1.2 распределитель 1.6 переключается, в результате чего сжатый воздух от линии питания 1 подается на управление распределителем 1.1. При нажатии же на пневмокнопку 1.4 сигнал поступает в линию управления распределителем 1.1 через линию 3 пневмораспределителя 1.6.
Для чего нужны логические клапаны И, ИЛИ, Да, Нет?
Логические элементы позволяют реализовать системы автоматического управления гидравлического и пневматического привода. Системы гидро- и пневмоавтоматики получили широкое распространение в современном технологическом оборудовании — станках, автоматизированных линиях, промышленных роботах. С помощью логических элементов, к примеру, можно переключить распределить в случае наличия сигнала от конечного выключателя, и переместить шток пневмоцилиндра без участия человека.
Логико-вычислительные элементы могут быть как электрическими, так и пневматическими или гидравлическими.
Рассмотрим устройство пневматических логических элементов. Сигналом для этих устройств будет наличие в каналах сжатого воздуха под давлением.
Функция Да
Функция повторения может быть реализована с помощью трехлинейного двухпозиционного пневматичесого распределителя.
При наличии сигнала в линии управления сжатый воздух подведенный ко входу распределителя поступит на выход, то есть на выходе будет сигнал при наличии сигнале в линии управления.
Функция Нет
Отрицание реализуется также с помощью трехлинейного двухпозиционного распределителя, только в случае отсутствия сигнала сжатый воздух должен поступать на выход, а при наличии управляющего сигнала золотник должен перекрывать выходную линию, не позволяя сжатому воздуху поступать от входного канала в выходной. При наличии управляющего сигнала, на выходе давления (сигнала) не будет.
Элемент ИЛИ
Логический клапан «ИЛИ» подает сигнал на выход, в случае наличия давления на входе А ИЛИ на входе В.
Конструктивно клапан представляет собой два обратных клапана с общим запорно-регулирующим элементом.
В корпусе 1 выполнен сквозной канал 2, в котором установлен подвижный запорный элемент 3 Прижимаясь к поверхностям (седлам) 4 или 5, запорный элемент перекрывает один из входов, и позволяет воздуху из противоположного канала поступать на выход клапана.
Как работает элемент ИЛИ
В случае наличия давления на входе А запорный элемент прижмется к седлу 5, и перекроет канал В, воздух будет проступать на выход С.
Если давление будет присутствовать в двух каналах А и В, то под действием большего давления запорный элемент переместится и перекроет один из каналов. Сжатый воздух из канала с большим давлением поступит на выход С.
В случае равенства давления в обоих каналах запорный элемент останется в промежуточном положении, сжатый воздух будет поступать на выход из обоих каналов.
Условное обозначение элемента ИЛИ на пневматической схеме показано на рисунке.
Элемент И
Элемент И подает сигнал на выход только, в только при наличии воздуха под давлением на входе А и на входе В.
В конструкции элемента И также, как и в клапане ИЛИ присутствует один запорно-регулирующий элемент, а в корпусе 1 клапана выполнен канал 2 соединяющий входы А и В. Но поверхности, к которым может прижиматься запорный элемент (золотник) 3 расположены по другому. Золотник может перекрывать входные каналы, прижимаясь внутренними поверхностями к седлам 4 и 5.
В случае наличия давления только на в канале А запорный элемент перекроет его, и на выход сжатый воздух поступать не будет. Только при наличии давления в обоих каналах А и В золотник займет промежуточное положение и позволит сжатому воздуху поступить на выход С.
ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПНЕВМОСИСТЕМ
Особенности газа, прежде всего его высокая сжимаемость, ограничивают сферу применения пневматических приводов в системах непрерывного действия (аналоговые системы), где требуется плавность хода, стабильность скоростей при изменяющихся нагрузках, точность позиционирования. Поэтому пневмоприводы чаще всего используют в дискретных системах, таких, например, как подача и зажим заготовок при механической обработке, транспортировка деталей от места обработки до места сортировки или складирования, открытие и закрытие люков, задвижек и т.п. Очевидно, что и сигналы управления таким приводом должны быть дискретными, а формировать сигналы должны дискретные элементы управления.
В пневматических системах для формирования сигнала управления используют пневматические логические элементы, работа которых основана на законах алгебры логики.
Основы алгебры логики
Логика — наука, изучающая формы мышления, ход рассуждений и умозаключений, оперирует понятием «высказывание».
Под высказыванием понимают предложение, о котором можно судить, является ли оно истинным или ложным. Такое, например, высказывание, как «идет снег», будет истинным, если на улице идет снег, или ложным, если погода ясная. Высказывания могут быть простые и сложные. Примером простого высказывания может служить приведенное выше предложение. Сложное высказывание получается при объединении простых высказываний путем использования логических связей, выраженных союзами «и», «или», «если . то» и др. Из двух простых высказываний «Деталь бракуется по отклонению размера диаметра от заданного», «Деталь бракуется по отклонению размера длины от заданного» путем использования логической связи «или» можно построить сложное высказывание «Деталь бракуется при отклонении размеров диаметра или длины от заданных».
Первое и второе простые высказывания будут истинными (деталь бракуется), если будет зафиксировано отклонение размеров от заданных значений, и будут ложными при отсутствии отклонений.
Сложное высказывание будет истинным или ложным в зависимости от того, какими будут простые высказывания. По логике приведенное сложное высказывание будет истинным, если одно из простых высказываний или, тем более, оба будут истинными. Только если оба простых высказывания будут ложными, сложное высказывание будет тоже ложным.
Алгебра логики, основателем которой был английский ученый Буль, переводит логические рассуждения в область алгебраических исчислений высказываний.
Простое высказывание в алгебре логики называется переменной, а сложное — логической функцией.
Вид логической функции определяется видом логической связи. В рассмотренном примере сложное высказывание будет логической функцией «или».
Для исчисления высказываний используется двоичная система, в которой переменная и функция могут иметь только два значения (нуль или единица). Принимают за условие, что истинное высказывание имеет значение «единица», а ложное — «нуль». Переменные обозначают латинскими буквами х, у и г, а функции — буквой/.
Представим логические высказывания, приведенные выше, в виде таблицы состояний логической функции двух переменных (табл. 13.1).