Проблему решает применение в качестве гибкого подводящего вакуумпровода легкого гофрированного армированного изнутри кольцами резинового шланга, подобного используемому в манипуляторе МДУ-1. Этот шланг в нерабочем состоянии хорошо растягивается (1:3), а под действием вакуума сжимается и выбирает лишнюю длину, устраняя собственное провисание.
Важными элементами технической базы автоматизации доения являются линии связи. Для соединения пневматических управляющих устройств с исполнительными органами и датчиками используются поливинилхлоридные шланги различного сечения. Поскольку коммуникации могут быть на доильной установке протяженными, например, при управлении дверями доильных залов и т.п., то необходимо иметь представление об изменении проводимости линий связи при переходе от сжатого на разреженный воздух. Полученные статические характеристики для линий связи из ПВХ трубок с внутренним диаметром 4 мм приведены на рисунке 9.9.
Эксперимент показал, что с увеличением длины и перепада давлений на входе и выходе линии связи их проводимость на вакууме уменьшается.
В силу упругости трубок ПВХ при передаче сжатого воздуха они расширяются, а разреженного – сжимаются. Это вызывает соответствующие изменения объемов V и проводимостей α , при этом изменяются и постоянные времени Т . Для линий связи одинаковой длины постоянные времени и, соответственно, запаздывание сигналов на вакууме значительно больше, чем на сжатом воздухе при одном и том же перепаде давлений. Постоянные вре-
мени линий связи увеличиваются с увеличением их длины и уменьшаются с увеличением перепадов давления при разрежении. Постоянная времени линии связи определенной длины может быть определена по формуле (9.7) , в которой V и α соответственно обозначают объем воздуха в линии связи и ее проводимость.
Экспериментально получены переходные характеристики линий связи, выполненных из поливинилхлоридных трубок диаметром 4 мм. Установлено, что запаздывание передачи пневматических сигналов возрастает быстрее, чем увеличивается длина линии связи. Следовательно, при расчете вакуумных доильных систем не следует пренебрегать запаздыванием сигналов в линиях связи даже небольшой длины, так как это явление оказывает существенное влияние на динамическую устойчивость вакуумных систем управления.
9.4 Логическая база вакуумной пневмоавтоматики
Логические элементы промышленной пневмоавтоматики, которые могут без конструктивных изменений использоваться на вакууме доильной установки, могут быть как мембранными, мембранно-струйными, так и струйными.
Наиболее распространена в промышленности система мембранных пневматических элементов УСЭППА [8]. Одним из основных элементов УСЭППА является пневматическое реле П1Р.1.
Особенность работы элементов УСЭППА, включенных по схемам для работы на вакууме, состоит в том, что в отличие от их работы на сжатом воздухе не требуется создавать подпоры (давления пониженного уровня в камерах подпора). Из-за этого схемы и системы питания значительно упрощаются, что очень важно для автоматизации доения.
В вакуумных схемах с реле П1Р.1 роль малого подпора выполняет питание, которое подается в сопловую камеру непосредственно под мембрану, обеспечивая фиксированное положение мембранно-клапанного узла.
Помимо элементарных логических операций на вакууме на основе реле П1Р.1 реализуются триггеры с раздельными и счетными входами, операции «Равнозначность», «Неравнозначность» и функции с количеством входов больше двух. Однако реализация на пневмоэлементах последних не открывает их новых функциональных возможностей и такие схемы не являются универсальными, они технически неудобны и сложны.
Для синтеза вакуумных управляющих устройств автоматизации доения была разработана упрощенная элементная база (рисунок 9.10) включающая, кроме универсального трехмембранного реле типа П1Р.1 элемент «два сопла – заслонка», реализующий на вакууме операцию И, элемент ИЛИ, представляющий собой узел «два сопла – две сблокированные заслонки» и два одномембранных элемента, мембраны которых являются приводами заслонок элементов типа И и ИЛИ. Такие элементы в машинном доении коров исполь-
зуются уже больше ста лет и до сих пор остаются незаменимыми в пульсаторах доильных аппаратов.
С 1970-х годов подобные логические элементы (повторитель П-1195 и инвертор П-1196) выпускались заводом «Тизприбор» и использовались в системах ЦИКЛ. Реализация элементарных логических операций с использованием этих элементов представлена на рисунке 9.10.
ВАКУУМНАЯ ЛОГИЧЕСКАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
P1 P1 P1
P1
P=P1P2 P=P1+ P2
P=P1
P2 P2 P=P1
Конъюнкция Дизъюнкция
Отрицание Повторение
P1 P1 P1 P1
P1+P2
P1P2
P2
P2 P=P1P2 P=P1+P2
Штрих Шеффера Стрелка Пирса
P1
P1 P2
Pt1
P2 P1
P=P1+P2
Pt2
P=P1P2 Триггер P=Pt1vPt2
Запрет Импликация
с раздельными входами
Рисунок 9.10 – Реализация элементарных логических операций на вакууме
Как видно из рисунка, эта система элементов позволяет реализовать на вакууме все основные операции алгебры логики, что позволяет синтезировать в машинном доении коров логические устройства любой сложности, включая манипуляторы и роботы [11].
9.5 Синтез сложных вакуумных управляющих устройств автоматизации доения на пневматических элементах
Локальные системы автоматизированного управления процессами на доильной установке могут быть дискретные, аналоговые и непрерывнодискретные.
В дискретных системах информация X, Y, Z кодируется дискретными двухуровневыми сигналами 0 и 1. В аналоговых системах сигналы, соответствующие воздействиям X , Y и Z, могут непрерывно изменяться и прини-
