17

3. Пример проектирования схемы управления пневмоцилиндра

3.1. Варианты заданий

Варианты заданий назначаются преподавателем в соответствии с двумя последними цифрами в зачетке студента.

Две последние цифры в зачетке надо перевести в двоичное семиразрядное Х6Х5Х4Х3Х2Х1Х0 (от нулевого до шестого разрядов) слово.

• Нулевой разряд Х0 определяет выбор типа распределителя:

0 – с электромагнитным управлением (с двумя электромагнитами)

1 – с электромеханическим управлением (с электромагнитом и пружиной)

• Первый разряд Х1 определяет выбор типа датчиков:

0 – бесконтактные датчики

1 - контактные датчики

• Второй разряд Х2 определяет наличие сервисных функций: (включение/выключение цикла)

0 – без сервисных функций

1 – с сервисными функциями

• Третий разряд Х3 определяет наличие регулирования прямой скорости (выдвижения штока):

0 – регулирования скорости нет

1 - регулирование скорости есть

• Четвертый разряд Х4 определяет наличие регулирования обратной скорости (задвижения штока):

0 – регулирования скорости нет

1 - регулирование скорости есть

• Пятый разряд Х5 определяет наличие ограничения циклов перемещения штока пневмоцилиндра:

0 – ограничения циклов нет

1 - ограничение циклов есть

• Шестой разряд Х6 определяет наличие ограничения времени работы пневмоцилиндра:

0 – ограничения времени работы нет

1 - ограничение времени работы есть

3.2. Пример расшифровки задания.

Пусть двумя последними цифрами в зачетке студента являются 02.

После перевода 02 в двоичный код получаем:

0 2₁₀ 0000010₂

Таким образом, принимаем в качестве исходного задания:

Пневмоцилиндр - без встроенных датчиков, рис. 3.1.

Рис. 3.1. Пневмоцилиндр

Х0 = 0. Тип распределителя: с электромагнитным управлением (с двумя электромагнитами), рис. 3.2.

Рис. 3.2. Распределитель с двумя электромагнитами.

Х1 = 1. Тип датчиков: контактные датчики, рис. 3.3.

Рис. 3.3. Путевой (конечный) выключатель

Х2 = 0. Сервисные функции: (включение/выключение цикла):

- без сервисных функций

Х3 = 0. Регулирование прямой скорости (выдвижения штока):

- нет

Х4 = 0. Регулирование обратной скорости (задвижения штока): - нет

Х5 = 0. Ограничение циклов перемещения штока пневмоцилиндра: - нет

Х6 = 0. Ограничение времени работы пневмоцилиндра: - нет.

3.3. Проектирование системы управления

Расчетная циклограмма перемещений для одиночного пневмоцилиндра приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Циклограмма перемещений

Рис. 3.4. Граф логики перемещений штока

Циклограмма перемещений представлена на рис. 3.4 в расширенном виде. Обычно для таких простых движений достаточно бывает задать два шага (этапы, соответствующие началу выдвижения «0-1» и началу задвижения «2-3» штока пневмоцилиндра). Однако для того, чтобы быть полностью уверенным в том, что заданное движение штока не прекратится после того, как путевые (конечные) выключатели будут возвращаться в исходное (разомкнутое) положение, желательно включить в циклограмму моменты перемещения штока, при которых путевые выключатели не нажаты (этапы «1-2» и «3-4»).

Эту особенность движения наглядно демонстрирует граф логики перемещений штока, рис. 3.4. Кружками (вершинами графа) обозначены состояния штока. Дуги (стрелки) соответствуют условиям перехода из одного состояния в другое. Как видно из диаграммы, система может находиться в следующих состояниях:

Y1=0, Y2=0 – крайнее втянутое положение штока,

Y1=0, Y2=0 – крайнее выдвинутое положение штока,

Y1=1, Y2=0 – промежуточное положение штока

(выдвижение штока А+),

Y1=0, Y2=1 – промежуточное положение штока

(задвижение штока А-),

Если крайние положения штока (условия S1=1, S2=0 или S1=0, S2=1) однозначно определяют направление заданного движения (выдвижение или втягивание), то промежуточные положения штока (этапы «1-2» и «3-4»).могут соответствовать обоим этим направлениям (условия S1=0, S2=0). Таким образом, необходимо спроектировать такую систему, которая будет сохранять движение и после размыкания конечных датчиков. Данная задача может быть решена за счет элементов памяти из условия самоподдержания движения.

Для данной циклограммы перемещений составим систему логических уравнения движений штока:

А ₊ = S1*(/S2) + A₊*(/S1)*(/S2) (3-1)

А_- = (/S1)*S2 + A_-*(/S1)*(/S2)

Так как

А ₊ = Y1

А_- = Y2

то уравнения включения электромагнитов будут иметь следующий вид:

Y 1 = S1*(/S2) + Y1*(/S1)*(/S2)

Y2 = (/S1)*S2 + Y2*(/S1)*(/S2)

После преобразований получаем уравнение включения первого электромагнита распределителя:

Y1 = S1*(/S2) + Y1*(/S1)*(/S2) = (S1 + Y1*(/S1))*(/S2) = (S1*(1 + Y1) +Y1*(/S1))*(/S2) = (S1 + S1*Y1 + Y1*(/S1))*(/S2) = (S1 + Y1*(S1 + (/S1)))*(/S2) = (S1 + Y1)*(/S2) (3-2)

Аналогично получаем уравнение включения второго электромагнита распределителя:

Y2 = (/S1)*S2 + Y2*(/S1)*(/S2) = … = (S2 + Y2)*(/S1) (3-3)

Перед построением схемы управления необходимо проверить все состояния системы. Результаты проверки сведены в таблицу 3.1, где Yi пред - предыдущее состояние системы.

Таблица 3.1. Проверка состояний системы

S1	S2	Y1 пред.	Y2 пред.	Y1	Y2
1	0	Х	Х	1	0
0	1	Х	Х	0	1
0	0	1	0	1	0
		0	1	0	1

Таблица 3.1 заполнена в соответствии с полученными уравнениями и полностью соответствует заданному закону движения (циклограмме и графу состояний).

Вид уравнений логики включения зависит от типа применяемых распределителей. Рассмотренные уравнения могут быть использованы как для моностабильных, так и для бистабильных распределителей с электрическим управлением, в том числе как двухпозиционных, так и трехпозиционных. Недостатком данной схемы является то, что одна из обмоток распределителя будет постоянно находиться под напряжением.

Применительно к бистабильному распределителю, показанному на рис. 3.2, можно упростить систему уравнений и снизить потери за счет переключения распределителя импульсами напряжения, подаваемыми только в моменты «наезда» штока на конечные (путевые) выключатели. Таким образом, распределитель будет находиться под напряжением лишь при крайних положениях штока.

Так как распределитель является бистабильным (с двумя устойчивыми состояниями), то функция запоминания сигнала будет обеспечиваться автоматически. Система уравнений примет следующий вид:

Y1 = S1 (3-4)

Y2 = S2

что дает (с учетом бистабильности распределителя) в результате:

Y1 = 1 при S1 =1 и Y1= Yпред при S1 = S2 = 0

Y2 = 1 при S2 =1 и Y2= Yпред при S1 = S2 = 0.

Таким образом, система упрощенных уравнений (3-4) применительно для заданного бистабильного распределителя (рис. 3.2) позволяет получить требуемую логику (см. табл. 3.1) перемещений штока пневмоцилиндра.

В соответствии с исходным заданием и полученной системой упрощенных уравнений (3-4) получаем принципиальную электрическую схему управления (№1), рис. 3.5.

Рис. 3.5. Принципиальная электрическая схема управления приводом

Анализ синтезированной схемы (№1)

Электрическая схема управления приводом, рис. 3.5, построена в соответствии с системой упрощенных уравнений (3-4) и позволяет получить требуемую логику перемещений штока пневмоцилиндра. Однако данная схема обладает существенным недостатком: в схеме управленческая и силовая части объединены в единую цепь.

С одной стороны, такое решение является наиболее простым и дешевым. С другой стороны, недостатком схемы являются большие токи, протекающие через конечные выключатели S1 и S2. Кроме того, данное решение является опасным, если для управления распределителем требуется высокое (более 24 В) напряжение.

Введем разделение управленческой и силовой частей. Для этой цели можно использовать наиболее дешевое решение – электромагнитные реле.

С учетом дополнительных элементов (двух реле К1 и К2) система уравнений (3-4) выразится как

Y1 = К1; К1 = S1 (3-5)

Y2 = К2; К2 = S2

Путем подстановки исходных данных в уравнения (3-5) нетрудно убедиться в их справедливости (см. табл. 3.1).

В соответствии с системой уравнений (3-5) получаем принципиальную электрическую схему управления (№2), рис. 3.6.

Рис. 3.6. Принципиальная электрическая схема управления приводом с разделенными силовой и управленческой частями.

Достоинствами данной схемы являются улучшение условий работы конечных выключателей S1 и S2 (что приводит к повышению надежности считывания данных), а также возможность использования напряжений разных номиналов в силовой и управленческой частях.

Анализ синтезированной схемы (№2)

Так как схема (рис. 3.6) работает в режиме импульсного управления, то есть возможность ее упростить путем использования одного реле вместо поочередно работающих двух реле.

Пусть логическое состояние включенного реле будет обозначено как «К» , а выключенного – его инверсным состоянием, то есть «/К» . С учетом этого, уравнения включения (3-5) можно представить как

Y1 = К; К = S1 (3-6)

Y2 = /К; /К = S2

Так как во втором уравнении системы (3-6) /К = S2, то К = /S2.

С учетом первого условия для реле К = S1, получаем

К = S1 AND К = /S2, откуда следует: К = S1 * (/S2)

С учетом полученного результата система уравнений (3-6) будет иметь следующий вид: