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-
мать любые значения в заданном диапазоне давлений, принятом в вакуумных доильных системах (от 0 до 50 кПа).
Законы управления в аналоговых системах записываются в виде дифференциальных уравнений, и управляющие устройства являются устройствами непрерывного действия, например, регуляторы, одним из которых является исследованный выше вакуумно-весовой пневмопреобразователь.
Аналогово-дискретные комбинированные системы характеризуются реализацией дискретного и непрерывного законов управления.
Для машинного доения коров наибольший научный и практический интерес представляет синтез дискретных (циклических) и аналоговых систем управления и регулирования. Методы синтеза аналоговых регулирующих и управляющих устройств разработаны и изложены в теории систем автоматического регулирования.
Применение для синтеза дискретных систем управления классических методов связано с чрезвычайно трудоемкой процедурой описания условий работы дискретных устройств и поэтому менее желательно. В связи с тем, что вакуумные типовые узлы уже разработаны (см. рисунок 9.10), используем более простой метод стандартной организации циклических управляющих устройств. Вопросами теории синтеза пневматических систем промышленной пневмоавтоматики занимались Т.К. Берендс, А.А. Тагаевская, А.А.Таль, Т.К. Ефремова и С.А. Юдицкий и др. [109].
В качестве примера рассмотрим синтез вакуумной пневматической системы управления выпуском и впуском коров с преддоильной площадки в станки доильной установки.
Этот метод включает микропрограммную, позиционную и потенциально-импульсную структурные организации. Для решения этой задачи принимаем позиционную стандартную структурную организацию, как наиболее рациональную для данного случая.
Методика синтеза включает следующие основные этапы:
-
составление словесного описания технологического процесса с уче-
-
том пускового и циклического рабочего режимов;
– составление формализованного описания условий работы УУ на языке циклических процессов (ЯЦП) или с помощью ориентированного графа;
-
составление уравнений, описывающих блоки организационной струк-
-
туры;
-
составление схемы блоков управляющего устройства по полученным
-
уравнениям;
– составление элементной схемы УУ.
Объект автоматизации представлен на рисунке 9.11.
Он включает доильный станок 1 с выходной дверью 2, снабженной гофровым пневмоприводом Ц1 , входной дверью 3, выполненной в виде дуги с гофровым подъемником , и входную двухстворчатую дверь 4 автобусного типа с пневмокамерами К для впуска коров по одной с преддоильной площадки. Двери снабжены конечными выключателями ВК, подающими кратковременные сигналы x1, x2, x3 при прохождении животного. В системе
