RU2427874C1

RU2427874C1 - Pneumatic programme device

Info

Publication number: RU2427874C1
Application number: RU2010122142/08A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Дьячков (RU); Евгений Александрович Дьячков; Владимир Александрович Горюнов (RU); Владимир Александрович Горюнов; Юрий Герасимович Бурков (RU); Юрий Герасимович Бурков
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-08-27

Abstract

FIELD: information technologies.

SUBSTANCE: pneumatic programme device comprises a cylinder with holes, a piston with a stem, a jet printer, jet discrete monostable elements OR-NOT and a programme setting device, and also a four-port pneumatic distributor, a pneumatic amplifier, controlled valves, jet multi-input elements OR-NOT, a jet element AND, a delay element, besides, a switching input of a jet trigger with separate inputs serves to supply a control signal for stem extension, and a setting input of this trigger serves to supply a signal for initial setting of the device into the initial position.

EFFECT: expansion of device functional capabilities due to the possibility of generating considerable forces at the stem, reduced power inputs and increased reliability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации и может быть использовано в пневматических системах автоматического управления.The invention relates to technical means of automation and can be used in pneumatic automatic control systems.

Известны пневматические программные устройства, в которых формирование управляющих сигналов (команд) производится с помощью программоносителя, выполненного в виде жесткой перфокарты, связанной со штоком цилиндра («Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления». Выпуск 6. Под ред. Е.В.Герц, М.: Машиностроение, 1979, с.168).Known pneumatic software devices in which the formation of control signals (commands) is performed using a program carrier made in the form of a hard punch card connected to the cylinder rod ("Pneumatics and hydraulics. Drives and control systems.") Issue 6. Ed. Hertz, M.: Mechanical Engineering, 1979, p. 168).

Известны устройства, в которых управляющие сигналы формируются с помощью ряда датчиков, установленных на перемещающемся органе и воздействующих, например, на неподвижный контакт (Авторское свидетельство №1826637, кл. F15B 15/28, опубликовано бюл. №20 от 20.07.95) или с помощью одного перемещающегося конечного выключателя, на который воздействуют упоры, предварительно установленные в заданных положениях (Авторское свидетельство №339907, кл. G05B 19/44, опубликовано бюл. №17 от 01.01.72).Known devices in which control signals are generated using a number of sensors mounted on a moving body and acting, for example, on a fixed contact (Copyright certificate No. 1826637, class F15B 15/28, published bulletin No. 20 from 07/20/95) or using one moving limit switch, which is affected by stops pre-installed in predetermined positions (Copyright certificate No. 339907, class G05B 19/44, published bulletin No. 17 of 01.01.72).

Недостатком этих устройств является их сложность, что влияет на надежность.The disadvantage of these devices is their complexity, which affects reliability.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является пневматическое программное устройство, содержащее цилиндр с отверстиями вдоль его образующей, поршень со штоком, установленный в цилиндр с образованием поршневой и штоковой полостей, каждая из которых имеет подводящий канал, триггер с раздельными входами, струйные дискретные моностабильные элементы ИЛИ-НЕ в количестве, равном числу отверстий в цилиндре, и устройство задания программы (Патент №2350791, кл. F15B 15/28, опубликовано бюл. №9 от 23.03.09).Closest to the proposed invention in terms of features is a pneumatic software device containing a cylinder with holes along its generatrix, a piston with a rod installed in the cylinder with the formation of a piston and rod cavities, each of which has an inlet channel, a trigger with separate inputs, discrete monostable elements OR NOT in an amount equal to the number of holes in the cylinder, and the program setting device (Patent No. 2350791, CL F15B 15/28, published Bulletin No. 9 of 03/23/09).

Это устройство обладает рядом недостатков. Во-первых, в данном устройстве получение значительных усилий на штоке связано с определенными трудностями, так как перемещение поршня осуществляется сжатым воздухом, поступающим непосредственно от струйного элемента. Во-вторых, работа устройства связана с большими энергозатратами, причем чем больше рабочее давление, тем больше энергозатраты. Это связано с тем, что при втягивании штока расходуется значительное количество сжатого воздуха, который через отверстия в цилиндре и струйные элементы стравливается в атмосферу. В-третьих, надежность работы устройства может быть недостаточной при большом числе позиций. Это связано с тем, что при увеличении числа точек позиционирования уровень управляющих сигналов на входах струйных элементов уменьшается, так как при выдвижении штока расход воздуха осуществляется через все отверстия цилиндра.This device has several disadvantages. Firstly, in this device, obtaining significant efforts on the rod is associated with certain difficulties, since the piston is moved by compressed air coming directly from the jet element. Secondly, the operation of the device is associated with high energy consumption, and the greater the working pressure, the greater the energy consumption. This is due to the fact that when the rod is retracted, a significant amount of compressed air is consumed, which is vented into the atmosphere through holes in the cylinder and inkjet elements. Thirdly, the reliability of the device may not be sufficient for a large number of positions. This is due to the fact that with an increase in the number of positioning points, the level of control signals at the inputs of the inkjet elements decreases, since when the rod extends, the air flow is through all the openings of the cylinder.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей, уменьшение энергозатрат, повышение надежности.The technical result of the proposed technical solution is to expand the functionality, reduce energy consumption, increase reliability.

Указанный технический результат достигается тем, что в пневматическом программном устройстве, содержащем цилиндр с отверстиями вдоль его образующей, поршень со штоком, установленный в цилиндр с образованием поршневой и штоковой полостей, струйный триггер с раздельными входами, струйные дискретные моностабильные элементы ИЛИ-НЕ в количестве, равном числу отверстий в цилиндре, и устройство задания программы, штоковая полость сообщается с выходом четырехлинейного пневмораспределителя, соответствующим входу питания этого пневмораспределителя, поршневая полость сообщается со вторым выходом четырехлинейного пневмораспределителя, вход управления четырехлинейного пневмораспределителя связан с выходом пневмоусилителя, каждое из отверстий цилиндра связано с входом питания соответствующего управляемого клапана, выход каждого управляемого клапана связан с соответствующим входом струйного многовходового элемента ИЛИ-НЕ, вход управления каждого управляемого клапана связаны с инверсным выходом соответствующего струйного дискретного моностабильного элемента ИЛИ-НЕ, инверсный выход струйного многовходового элемента ИЛИ-НЕ связан с управляющим входом струйного элемента И, второй управляющий вход струйного элемента И связан с выходом элемента задержки, выход струйного элемента И связан с управляющим входом струйного триггера с раздельными входами, выход струйного триггера с раздельными входами, сигнал единичного уровня на котором устанавливается при поступлении сигнала единичного уровня с выхода струйного элемента И, связан с управляющими входами струйных дискретных моностабильных элементов ИЛИ-НЕ, второй выход струйного триггера с раздельными входами связан с входом пневмоусилителя и входом элемента задержки, второй управляющий вход каждого струйного дискретного моностабильного элемента ИЛИ-НЕ связан с устройством задания программы, причем второй переключающий вход струйного триггера с раздельными входами служит для подачи управляющего сигнала на выдвижение штока, а установочный вход этого триггера служит для подачи сигнала на первоначальную установку устройства в исходное положение.The specified technical result is achieved by the fact that in a pneumatic program device containing a cylinder with holes along its generatrix, a piston with a rod installed in the cylinder with the formation of a piston and rod cavities, an inkjet trigger with separate inputs, discrete monostable inkjet elements OR NOT in quantity, equal to the number of holes in the cylinder, and the program setting device, the stock cavity communicates with the output of the four-way valve, corresponding to the power input of this valve separator, the piston cavity communicates with the second output of the four-line pneumatic distributor, the control input of the four-line pneumatic distributor is connected to the output of the pneumatic amplifier, each of the cylinder bores is connected to the power input of the corresponding controlled valve, the output of each controlled valve is connected to the corresponding input of the multi-input jet element OR-NOT, the control input of each the controlled valve associated with the inverse output of the corresponding jet discrete monostable element OR-NOT, and the versatile output of the multi-input inkjet element OR is NOT connected with the control input of the inkjet element AND, the second control input of the inkjet element AND is connected with the output of the delay element, the output of the inkjet element AND is connected with the control input of the inkjet trigger with separate inputs, the output of the inkjet trigger with separate inputs, signal unit level at which the signal is set at a unit level output from the jet element And is connected to the control inputs of the discrete monostable discrete elements OR-N , the second output of the jet trigger with separate inputs is connected to the input of the pneumatic amplifier and the input of the delay element, the second control input of each jet discrete monostable element OR is NOT connected to the program setting device, and the second switching input of the jet trigger with separate inputs serves to supply a control signal for extension rod, and the installation input of this trigger serves to supply a signal to the initial installation of the device in its original position.

Введение в состав устройства четырехлинейного пневмораспределителя позволяет получать на штоке значительные усилия, зависящие только от величины давления сжатого воздуха, подводимого к пневмораспределителю. Это расширяет функциональные возможности устройства.The introduction of a four-line pneumatic distributor into the device makes it possible to obtain significant forces on the stem, depending only on the pressure value of the compressed air supplied to the pneumatic distributor. This extends the functionality of the device.

Применение управляемых клапанов и струйных элементов с соответствующими связями уменьшает энергозатраты (расход сжатого воздуха) и увеличивает надежность устройства. Уменьшение энергозатрат обусловлено тем, что при втягивании штока отсутствует расход сжатого воздуха через отверстия в цилиндре. При выдвижении штока воздух вытесняется только в одно отверстие в цилиндре (на программируемой позиции). Это обеспечивает высокий уровень управляющего сигнала, поступающего на струйный многовходовой элемент ИЛИ-НЕ, что увеличивает надежность. Функциональные возможности возрастают за счет увеличения числа точек позиционирования, количество которых будет ограничиваться только конструктивными соображениями.The use of controlled valves and inkjet elements with appropriate connections reduces energy consumption (compressed air consumption) and increases the reliability of the device. The reduction in energy consumption is due to the fact that when the rod is retracted, there is no flow of compressed air through the holes in the cylinder. When the stem extends, air is displaced into only one hole in the cylinder (in a programmable position). This provides a high level of control signal input to the multi-input inkjet element OR-NOT, which increases reliability. Functionality increases by increasing the number of positioning points, the number of which will be limited only by design considerations.

На чертеже изображено пневматическое программное устройство.The drawing shows a pneumatic software device.

Устройство включает в себя цилиндр 1, поршень 2 со штоком, установленный в цилиндре 1 с образованием штоковой полости 3 и поршневой полости 4. Полости цилиндра соединяются с выходами четырехлинейного пневмораспределителя 5, который переключается пневмоусилителем 6. Каждое из отверстий цилиндра сообщается с входом питания соответствующего управляемого клапана 7. Выход каждого управляемого клапана 7 связан с соответствующим входом струйного многовходового элемента ИЛИ-НЕ 8, а вход управления каждого управляемого клапана связан с инверсным выходом соответствующего струйного дискретного моностабильного элемента ИЛИ-НЕ 9. Инверсный выход струйного многовходового элемента ИЛИ-НЕ 8 связан с управляющим входом струйного элемента И 10, второй управляющий вход струйного элемента И связан с выходом элемента задержки 11. Выход струйного элемента И связан с управляющим входом струйного триггера с раздельными входами 12. Один из выходов струйного триггера с раздельными входами 12 связан с управляющими входами струйных дискретных моностабильных элементов ИЛИ-НЕ 9. Второй выход струйного триггера с раздельными входами 12 связан с входом пневмоусилителя 6 и входом элемента задержки 11. Второй управляющий вход каждого струйного дискретного моностабильного элемента ИЛИ-НЕ 9 связан с устройством задания программы 13. Второй переключающий вход струйного триггера с раздельными входами 12 служит для подачи управляющего сигнала на выдвижение штока, а установочный вход струйного триггера с раздельными входами 12 служит для подачи сигнала на первоначальную установку устройства в исходное положение.The device includes a cylinder 1, a piston 2 with a rod installed in the cylinder 1 with the formation of the rod cavity 3 and the piston cavity 4. The cylinder cavities are connected to the outputs of the four-line pneumatic distributor 5, which is switched by the pneumatic amplifier 6. Each of the cylinder openings communicates with the power input of the corresponding controlled valve 7. The output of each controlled valve 7 is connected to the corresponding input of the multi-input jet element OR-NOT 8, and the control input of each controlled valve is connected to the inverse the output of the corresponding jet discrete monostable element OR-NOT 9. The inverse output of the multi-input jet element OR-NOT 8 is connected to the control input of the jet element AND 10, the second control input of the jet element AND is connected to the output of the delay element 11. The output of the jet element And is connected to the control input an inkjet trigger with separate inputs 12. One of the outputs of an inkjet trigger with separate inputs 12 is connected to the control inputs of discrete monostable inkjet elements OR NOT 9. The second output of an inkjet a trigger with separate inputs 12 is connected to the input of the pneumatic amplifier 6 and the input of the delay element 11. The second control input of each inkjet discrete monostable element OR-NOT 9 is connected to the program setting device 13. The second switching input of the jet trigger with separate inputs 12 serves to supply a control signal to the extension of the rod, and the installation input of the jet trigger with separate inputs 12 serves to supply a signal to the initial installation of the device in its original position.

Пневматическое программное устройство построено на серийно выпускаемой аппаратуре. В качестве пневмораспределителя может быть использован двухпозиционный четырехлинейный пневмораспределитель с пневматическим управлением и пружинным возвратом, например, типа В63-1. В качестве управляемых клапанов могут быть использованы, например, двухпозиционные двухлинейные нормально закрытые пневмораспределители с пневматическим управлением и пружинным возвратом. В качестве прочих элементов могут быть использованы пневматические устройства и струйные элементы серии «ВОЛГА» (см. «Струйные логические элементы и устройства автоматического управления технологическим оборудованием». Отраслевой каталог. Под ред. Э.И.Чаплыгина, М.: ВНИИТЭМР, 1989).The pneumatic software device is built on commercially available equipment. As a pneumatic distributor, a two-position four-linear pneumatic distributor with pneumatic control and spring return, for example, type B63-1, can be used. As controlled valves, for example, two-position two-line normally closed pneumatic valves with pneumatic control and spring return can be used. As other elements, pneumatic devices and inkjet elements of the VOLGA series can be used (see "Inkjet logic elements and devices for automatic control of technological equipment". Industry catalog. Edited by E.I. Chaplygin, M .: VNIITEMR, 1989) .

Пневматическое программное устройство работает следующим образом.Pneumatic software device operates as follows.

После подачи питающей среды (сжатого воздуха) к устройству на установочный вход струйного триггера с раздельными входами 12 поступает кратковременный сигнал единичного уровня (сигнал установки). На выходе струйного триггера с раздельными входами 12, связанного с входами струйных дискретных моностабильных элементов ИЛИ-НЕ 9, устанавливается сигнал единичного уровня. В результате с инверсных выходов струйных дискретных моностабильных элементов ИЛИ-НЕ 9 на входы управления управляемых клапанов 7 поступают сигналы нулевого уровня, и клапаны 7 отключены. На другом выходе струйного триггера с раздельными входами 12 установится сигнал нулевого уровня. Пневмоусилитель 6 отключен, и сжатый воздух от пневмораспределителя 5 поступает в штоковую полость 3. Если поршень не находился в исходном положении, произойдет втягивание штока.After supplying the medium (compressed air) to the device at the installation input of the jet trigger with separate inputs 12 receives a short-term signal of a single level (installation signal). At the output of the jet trigger with separate inputs 12, associated with the inputs of the jet discrete monostable elements OR-NOT 9, a signal of a unit level is set. As a result, from the inverse outputs of the discrete monostable inkjet elements OR-NOT 9 to the control inputs of the controlled valves 7 receive signals of zero level, and the valves 7 are turned off. At the other output of the jet trigger with separate inputs 12, a zero level signal is established. The pneumatic amplifier 6 is turned off, and the compressed air from the pneumatic distributor 5 enters the rod cavity 3. If the piston was not in its original position, the rod will retract.

На входах струйных дискретных моностабильных элементов ИЛИ-НЕ 9, связанных с устройством задания программы 13, присутствуют сигналы единичного уровня, за исключением входа элемента, соответствующего требуемой позиции останова при выдвижении штока. Допустим, требуется остановить поршень в i-позиции. В этом случае на вход соответствующего струйного дискретного моностабильного элемента ИЛИ-НЕ 9 от устройства задания программы 13 поступает сигнал нулевого уровня, с помощью которого будет формироваться команда на останов в i-позиции.At the inputs of discrete monostable inkjet elements OR-NOT 9, associated with the device set program 13, there are signals of a single level, with the exception of the input element corresponding to the desired stop position when extending the rod. Suppose you want to stop the piston in the i-position. In this case, at the input of the corresponding jet discrete monostable element OR-NOT 9 from the job device 13 program receives a signal of zero level, with which a stop command will be generated in the i-position.

Программирование позиции может производиться в ручном режиме, например, с помощью пневмотумблеров. В этом случае устройство задания программы 13 включает в себя набор пневмотумблеров (по одному на каждую позицию). Если в продолжение цикла требуется останавливать поршень со штоком 2 в разных позициях, устройство задания программы 13 может включать в себя, например, сдвигающий регистр, от которого в различных тактах на соответствующие струйные дискретные моностабильные элементы ИЛИ-НЕ 9 поступают сигналы нулевого уровня.Position programming can be done manually, for example, using pneumatic toggle switches. In this case, the program setting device 13 includes a set of pneumatic toggle switches (one for each position). If during the cycle it is required to stop the piston with the piston rod 2 in different positions, the program setting device 13 may include, for example, a shift register, from which zero-level signals are received in various clock strokes to the corresponding discrete monostable OR-NOT 9 elements.

После подачи управляющего сигнала единичного уровня (команда «Вперед») на управляющий вход струйного триггера с раздельными входами 12 триггер переключится. На входах струйных дискретных моностабильных элементов 9, связанных с выходом струйного триггера с раздельными входами 12, установятся сигналы нулевого уровня. На инверсном выходе i-го струйного дискретного моностабильного элемента 9 сформируется сигнал единичного уровня, i-й управляемый клапан 7 переключится, соединив штоковую полость 3 с входом струйного многовходового элемента 8. Одновременно включится пневмоусилитель 6 и переключит пневмопреобразователь 5. Сжатый воздух поступит в поршневую полость 4 и начнется выдвижение штока. Рабочая среда (воздух), вытесняемая поршнем из штоковой полости 3, поступит через i-й управляемый клапан 7 на вход струйного многовходового элемента ИЛИ-НЕ 8 и переключит его. На инверсном выходе этого элемента установится сигнал нулевого уровня, который поступит на вход струйного элемента И 10. Через некоторое время, определяемое настройкой элемента задержки 11, на втором входе струйного элемента И 10 установится сигнал единичного уровня, так как одновременно с началом выдвижения штока на вход элемента задержки 11 начал поступать сжатый воздух с выхода триггера с раздельными входами 12. Элемент задержки 11 необходим для того, чтобы сигнал единичного уровня с выхода триггера с раздельными входами 12 поступил на вход струйного элемента И 10 только тогда, когда после начала выдвижения штока на другом входе элемента И 10 гарантировано установится сигнал нулевого уровня.After applying the control signal of a single level (the "Forward" command) to the control input of the jet trigger with separate inputs 12, the trigger will switch. At the inputs of discrete monostable inkjet elements 9, associated with the output of an inkjet trigger with separate inputs 12, zero level signals will be established. At the inverse output of the i-th discrete monostable element 9, a unit level signal will be generated, the i-th controlled valve 7 will switch by connecting the rod cavity 3 with the input of the multi-input element 8. At the same time, the pneumatic amplifier 6 will turn on and switch the pneumatic converter 5. Compressed air will enter the piston cavity 4 and the stem extension begins. The working medium (air), displaced by the piston from the rod cavity 3, enters through the i-th controlled valve 7 to the input of the multi-input jet element OR-NOT 8 and switches it. At the inverse output of this element, a zero level signal will be established, which will be fed to the input of the jet element And 10. After some time, determined by the setting of the delay element 11, a signal of a single level will be established at the second input of the jet element And 10, since at the same time as the extension of the rod delay element 11 began to receive compressed air from the output of the trigger with separate inputs 12. The delay element 11 is necessary so that the signal of a single level from the output of the trigger with separate inputs 12 is fed to the input of the jet element And 10 only when, after the start of the extension of the rod at the other input of the element And 10, a signal of zero level is guaranteed to be established.

При достижении поршнем i-позиции поступление сжатого воздуха на вход струйного многовходового элемента 8 прекратится. Элемент 8 установится в исходное состояние и на инверсном выходе этого элемента сформируется сигнал единичного уровня. Этот сигнал поступает на вход струйного элемента И 10. Струйный элемент И 10 переключится, и на его выходе появится сигнал единичного уровня, который поступит на вход струйного триггера с раздельными входами 12. Триггер с раздельными входами 12 переключится в исходное состояние, отключится i-й управляемый клапан 7, и выключится пневмоусилитель 6. Пневмораспределитель 5 установится в исходное положение. Сжатый воздух поступит в штоковую полость, и начнется перемещение поршня со штоком в исходное положение.When the piston reaches the i-position, the flow of compressed air to the input of the multi-input jet element 8 will stop. Element 8 is set to its initial state and a unit level signal is formed at the inverse output of this element. This signal is fed to the input of the And 10 inkjet element. The And 10 inkjet element will switch, and a unit level signal will appear at its output, which will be fed to the input of the jet trigger with separate inputs 12. The trigger with separate inputs 12 will switch to its original state, the i-th controlled valve 7, and the pneumatic booster 6 is turned off. The pneumatic distributor 5 is set to its original position. Compressed air will enter the rod cavity, and the piston with the rod will begin to move to its original position.

Пневматическое программное устройство обладает большими функциональными возможностями за счет широкого диапазона регулирования хода поршня и усилия на штоке. Устройство экономично, так как при его работе исключен непроизводительный расход сжатого воздуха. Отсутствие в схеме управления датчиков положения и применение в схеме управления струйных элементов, не содержащих подвижных частей, повышает надежность работы устройства.The pneumatic software device has great functionality due to a wide range of piston stroke control and rod forces. The device is economical, since during its operation an unproductive consumption of compressed air is excluded. The absence of position sensors in the control circuit and the use of jet elements not containing moving parts in the control circuit increases the reliability of the device.

Claims

Pneumatic software device containing a cylinder with holes along its generatrix, a piston with a rod installed in the cylinder with the formation of a piston and rod cavities, an inkjet trigger with separate inputs, discrete monostable jet elements OR NOT in an amount equal to the number of holes in the cylinder, and a device tasks of the program, characterized in that the rod cavity communicates with the output of the four-line valve, corresponding to the power input of this valve, the piston cavity together is connected to the second output of the four-way valve, the control input of the four-way valve is connected to the output of the air amplifier, each of the cylinder openings is connected to the power input of the corresponding controlled valve, the output of each controlled valve is connected to the corresponding input of the multi-input jet element OR-NOT, the control input of each controlled valve is connected to inverted output of the corresponding jet discrete monostable element OR NOT, inverse output of the multi-input inkjet of the output element OR is NOT connected with the control input of the inkjet element AND, the second control input of the inkjet element AND is connected with the output of the delay element, the output of the inkjet element AND is connected with the control input of the inkjet trigger with separate inputs, the output of the inkjet trigger with separate inputs, a unit level signal at which is set when a unit-level signal arrives from the output of the jet element AND, is connected to the control inputs of the discrete monostable jet elements OR-NOT, the second output of the jet trigger separate inputs is connected to the input of the pneumatic amplifier and the input of the delay element, the second control input of each jet discrete monostable element is NOT connected to the program setting device, the second switching input of the jet trigger with separate inputs serves to supply a control signal to extend the rod, and the installation input of this the trigger serves to signal the initial installation of the device in its original position.