ПРОГРАММНАЯ МАТРИЦА ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к автоматике и может быть использована при конструировании программно-перенастраиваемых контроллеров и регуляторов с относительно медленно меняющимися во времени сигналами, в системах управления с повышенными требованиями к пожаро- и взрывобезопасности, радиационной стойкости и др. Устройство может найти применение в системах управления химико-технологическими процессами, в теплоэнергетике и горном деле, в системах пневмотранспорта, для управления мобильными объектами различного назначения, а также в качестве низшего уровня систем управления как пневматических, так и гибридных схем. Применение программной матрицы в качестве одной из подсистем управления технологическим процессом нижнего уровня позволит значительно упростить структуру верхних уровней управления. Одна программная матрица может применяться для программного управления нескольких пневматических комплексов одновременно.
Известен комплекс ЦЕНТР-ЛОГИКА, в блоки операций Б5.1.1 и Б5.1.2 которого входит матрица, позволяющая формировать любую программу включения исполнительных механизмов в автоматическом режиме, так как в узлах матрицы установлены пневмодиоды, с помощью которых любая строка матрицы может быть соединена с любым столбцом [1].
Недостатком конструкции известной матрицы являются значительная конструктивная сложность, обусловленная наличием отдельных приводов на каждую группу толкателей, определяющих работу того или иного выходного устройства, и наличием заслонок и пружин в корпусе каждого из клапанов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой матрице является устройство постоянной памяти, представляющее собой прямоугольную матрицу с группами входных и выходных каналов, выполненными в плате. По входным каналам последовательно подаются команды на проведение технологических операций, а по выходным каналам
передаются управляющие сигналы к двухпозиционным исполнительным механизмам. В узлах этой матрицы установлены пневматические диоды, каждый из которых содержит сопло и заслонку, подпружиненную пружиной. Для задания требуемой циклограммы потребитель должен в соответствующих местах сделать диоды проводимыми установкой в них резиновой втулки с полой трубкой, либо непроводимыми, установкой в них глухой втулки. При последовательной подаче сигналов «1» по входным каналам, соответствующих задаваемым операциям, эти сигналы через диоды с полыми трубками будут поступать в выходные каналы и включать соответствующие исполнительные механизмы. При снятии сигналов «1» из входных каналов сброс воздуха из выходных каналов производится через дроссели [2].
Однако, недостатком известного устройства также являются сложность конструкции, обусловленная конструктивным обособлением размещаемых в каждом из узлов матрицы пневмодиодов и использованием в каждом из пневмодиодов отдельной заслонки, прижимаемой к соплу индивидуальной пружиной.
Таким образом, целью разработки полезной модели является упрощение конструкции при сохранении достаточно высокой надежности.
Для достижения поставленной цели программная матрица для пневматических систем управления дискретного действия, содержащая корпус, в котором выполнено n входных и m выходных пневматических каналов, на пересечениях которых установлено m×n детектирующих элементов, а также дренажные отверстия с электропневматическими клапанами в выходных каналах, согласно модели, содержит верхнюю и нижнюю платы, расположенные по обеим сторонам корпуса, а детектирующие элементы выполнены в виде m×n полых и глухих пальцев и упругой мембраны, расположенной между верхней платой и корпусом и опирающейся на выступающие концы пальцев, установленных в отверстиях корпуса на пересечении скрещивающихся входных и выходных каналов, при
этом в верхней плате выполнены n желобообразных каналов, расположенных над n входными каналами корпуса, над верхней платой установлена защитная крышка, полость между которой и верхней платой сообщена с n желобообразными каналами.
Кроме того, с целью улучшения эксплуатационных характеристик матрицы, нижняя плата снабжена чашеобразными углублениями для установки запирающих подушек под полые пальцы.
Сущность предлагаемой модели поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображена конструкция предлагаемой матрицы, вид сверху; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1; на фиг.3 - конструкция верхней платы матрицы, вид снизу; на фиг.4 - конструкция корпуса матрицы, вид сверху; на фиг.5 - конструкция корпуса матрицы, вид снизу; на фиг.6 - конструкция нижней платы матрицы.
Предлагаемая программная матрица для пневматических систем управления дискретного действия (см. фиг.1, 2) представляет собой стянутый болтами пакет, содержащий корпус 1, имеющий n сквозных входных отверстий 2 для подачи командного пневмоимпульса во входные каналы 3, в каждом из которых с определенным интервалом выполнены m отверстий 4 для установки либо полых пальцев 5 с осевыми сквозными каналами 6, либо глухих пальцев 7, на которые опирается, получая начальное натяжение, упругая мембрана 8; мембрана 8, образующая в сочетании с полыми пальцами 5 детектирующие элементы, прижимается прокладкой 9 к верхней плате 10, имеющей n желобообразных каналов 11, накрываемой защитной крышкой 12, предотвращающей засорение отверстий 13, обеспечивающих свободный переток воздуха из желобообразных каналов 11 платы 10 в полость между этой платой и защитной крышкой 12 и в обратном направлении при всяких перемещениях мембраны 8. Нижние торцы пальцев 5 и 7 выходят в m выходных каналов 14, имеющих отводы 15, в которые выведены выходные сквозные отверстия 16. Для сброса воздуха из неработающих входных (2, 3) и выходных (6, 14, 15, 16) коммуникаций в
корпусе 1, у каждого из отводов 15 в гнездах 17 установлены электропневматические клапаны 18, перекрывающие проход воздуха через дренажный канал 19 в дренажный канал 20 и далее в атмосферу. Нижняя плата 21 имеет m×n чашеобразных углублений 22, в которые могут быть установлены упругие запирающие подушки 23 под полые пальцы 5.
Герметичность соединений в конструкции обеспечивается пригонкой сопрягаемых поверхностей друг к другу и установкой уплотнительных прокладок (на фиг.1, 2 не показаны).
Предлагаемая программная матрица для пневматических систем управления дискретного действия (см. фиг.1, 2) работает следующим образом. Поступающая через сквозное входное отверстие 2 корпуса 1 пневмокоманда (давление сжатого воздуха) попадает во входной канал 3 и отжимает мембрану 8 в расположенный над ним желобообразный канал 11 верхней платы 10. При этом мембрана отходит от торцов пальцев 5 и 7, позволяя пневмокоманде по осевым сквозным каналам 6 полых пальцев 5 пройти в соответствующие выходные каналы 14 корпуса 1. Противодавление на мембрану устраняется тем, что находящийся в желобообразном канале 11 верхней платы 10 воздух вытесняется сквозь отверстие 13 верхней платы 10 в полость между указанной платой и защитной крышкой 12 (возврат мембраны в исходное положение после снятия пневмокоманды сопровождается перетоком воздуха в обратном направлении). Из выходных каналов 14 пневмокоманда через отводы 15 проходит в выходные сквозные отверстия 16 и далее, к соответствующим пневмоприемникам (на фиг.1, 2 не показаны). После снятия пневмокоманды с входов программной матрицы электропневматические клапаны, управляемые подсистемой более высокого уровня, открываются для сброса воздуха через дренажный канал 19 и дренажный канал 20, и весь сжатый воздух, находящийся в выходных коммуникациях (6, 14, 15, 16) стравливается в атмосферу. Таким образом, можно реализовать необходимые временные задержки или синхронный сброс пневмокоманд с выходов матрицы.
Установка упругой мембраны 8 между корпусом 1 и верхней платой 10 осуществляется при помощи прокладки 9 и соответствующего ее закрепления на верхней плате 10 (детали крепления на фиг.2 не показаны), при этом исключается смещение мембраны при растяжении над теми или другими входными каналами 3 за счет ее защемления между бортами этих каналов и бортами желобообразных каналов 11 верхней платы 10. Предварительное натяжение мембраны 8 и, тем самым, проявление односторонней пропускной способности в точках контакта мембраны 8 с торцами полых пальцев 5 достигается тем, что верхние торцы полых 5 и глухих пальцев 7 выступают на расчетное расстояние над плоскостью разъема корпуса 1 с верхней платой 10 - при сборке это обстоятельство обеспечивает натяжение мембраны 8.
Программирование матрицы путем установки в отверстиях 4 корпуса 1 полых 5 либо глухих 7 пальцев в требуемом порядке удобно при сравнительно редких изменениях программы. При относительно частом перепрограммировании матрицы во все находящиеся в точках пересечения входных каналов 3 с выходными каналами 14 отверстия 4 корпуса 1 устанавливаются полые пальцы 5, а исключение проводимости тех или иных из их числа осуществляется предварительной закладкой в соответствующие чашеобразные углубления 22 нижней платы 21 цилиндрических запирающих подушек 23 из упругого материала, высота которых должна несколько превосходить расстояние между дном чашеобразного углубления 22 и нижним торцом полого пальца 5, что исключает возможность прохождения пневмокоманды через сквозной осевой канал 6.
Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволит существенно упростить конструкцию программной матрицы, исключив из нее m×n обособленных пневматических диодов, в которых содержится m×n заслонок и m×n пружин.
Список литературы
1. Ефремова Т.К. и др. Пневматические комплексы технических средств автоматизации. - М.: Машиностроение, 1987, с.225-226.
2. Склярский Э.И., Барский Л.А. Пневмоэлектронные комплексы в системах управления химико-технологическими процессами. - М.: Химия, 1987, с.83, рис.1-657, - прототип.