Файл: Реферат по теме Пневматическое оборудование используемое в системах автоматизации.docx

Реферат по теме «Пневматическое оборудование используемое в системах автоматизации» выполнил студент группы А3-20 Илюшин Алексей.
ВВЕДЕНИЕ

Пневматические  устройства давно играют важную роль в механизации производства. В  последнее время они также  широко используются при решении  задач автоматизации.

Пневматические  устройства в системах автоматики выполняют  следующие функции:

•    получение  информации о состоянии системы  с помощью входных элементов (датчиков);

•    обработка  информации с помощью логико-вычислительных элементов (процессоров);

•    управление исполнительными устройствами с  помощью распределительных элементов (усилителей мощности);

•    совершение полезной работы с помощью исполнительных устройств (двигателей).

Для управления состоянием и рабочими процессами машин  и установок необходимы системы  со сложными логическими связями, которые  обеспечиваются благодаря взаимодействию датчиков, процессоров, исполнительных устройств и рабочих механизмов с пневматическими или частично пневматическими устройствами.

Технический прогресс в области создания материалов, способов конструирования и производства также способствовал улучшению  качества и увеличению разнообразия пневматических устройств, что послужило  основой для расширения области  их применения как средств автоматизации.

Для реализации прямолинейного движения часто используются пневмоцилиндры, т.к. они характеризуются  низкой стоимостью, легкостью монтажа, простотой и прочностью конструкции, а также широким диапазоном основных параметров. 


1. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ


1.1 Достоинства

Отличительные особенности и преимущества систем пневмоавтоматики представлены в таблице:

Доступность воздуха	Воздух имеется  практически везде в неограниченном количестве
Транспортабельность воздуха	Воздух может  легко транспортироваться по трубам на большие расстояния
Способность к аккумулированию	Сжатый воздух может накапливаться в резервуарах  и использоваться по мере необходимости, а резервуары могут легко транспортироваться
Нечувствительность  к температуре	Сжатый воздух относительно нечувствителен к колебаниям температуры. Это гарантирует надежную работу пневмосистем даже в экстремальных условиях.
Взрывобезопасность	Сжатый воздух практически взрыво- и пожаробезопасен, что не требует дорогостоящей защиты.
Экологическая чистота	Сжатый воздух без специально распыленного в нем  масла не загрязняет окружающую среду.
Простота  конструкции	Пневмоэлементы просты в производстве и поэтому недороги.
Высокая скорость	Сжатый воздух перемещается с большей скоростью. Это позволяет получить высокую скорость движения поршня и малое время переключения.
Нечувствительность  к перегрузкам	Пневматические  инструменты и исполнительные устройства не боятся перегрузки и поэтому могут  нагружаться вплоть до полной остановки.

Таблица 1. Достоинства  пневмоавтоматики


1.2 Недостатки

Для того, чтобы точно определить области применения пневмосистем, необходимо также знать и их недостатки, которые представлены в таблице: 

Подготовка сжатого воздуха	Сжатый воздух должен быть хорошо подготовлен. Иначе  возникает опасность быстрого износа пневмоустройств из-за наличия  в нем твердых включений  и конденсата воды.
Сжимаемость воздуха	Сжатый воздух не позволяет получить равномерную и постоянную скорость поршня.
Ограничения по усилию	Сжатый воздух является экономически выгодным только до определенных давлений. При обычно применяемом производственном  давлении 600...700 кПа (6...7 бар) и в зависимо- сти от хода и скорости поршня эта граница лежит в области 40000...50000 H.
Уровень шума	Сброс воздуха  в атмосферу сопровождается сильным  шумом. Эта проблема решена в настоящее время благодаря  применению звукопоглощающих  материалов и глушителей шума.

Таблица 2. Недостатки пневмоавтоматики


2. КРИТЕРИИ ВЫБОРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАСИФИКАЦИИ


2.1 Критерии выбора  источника энергии  для исполнительной  части системы

В качестве источников энергии в исполнительной части  системы используются:

•     электрический ток,

•     жидкость,

•     сжатый воздух,

•    комбинации перечисленных сред.

Критерии выбора и характеристики системы, принимаемые  во внимание при выборе источников энергии исполнительной части системы:

•  развиваемое  усилие,

•     рабочий ход,

•     вид движения (поступательное, поворотное, вращательное)

•     скорость,

•     габариты,

•    долговечность,

•     надежность и безопасность,

•     стоимость энергии,

•     удобство эксплуатации,

•     аккумулируемость.


2.2 Критерии выбора  источника энергии  для управляющей  части системы

В качестве источника  энергии в управляющей части  системы используются:

•     механические устройства,

•     электрический ток,

•     жидкость,

•     сжатый воздух.

Критерии выбора и характеристики системы, принимаемые  во внимание при выборе источника энергии для управляющей части системы:

•     надежность работы составных частей,

•     чувствительность к изменениям условий  окружающей среды,

•     простота обслуживания и ремонта,

•     быстродействие элементов,

•     скорость прохождения сигналов,

•     габариты,

•     долговечность,

•     возможность модификации системы,

•     затраты на обучение персонала.


2.3 Критерии проектирования  пневматической системы  управления

Пневматические  средства автоматики включают следующие  группы изделий:

•     исполнительные устройства,

•     датчики и входные устройства,

•     логико-вычислительные элементы (процессоры),

•     вспомогательные устройства,

•     модули системы управления.

При проектировании пневматических систем управления должны приниматься во внимание следующие основные требования:

•     надежность,

•     удобство ремонта и обслуживания,

•     стоимость запасных частей,

•     простота монтажа и соединений,

•     соразмерность стоимости по отношению  к предшествующей системе,

•     взаимозаменяемость и адаптируемость,

•     компактность конструкции,

•     экономичность,

•     наличие технической документации.

2.4 Структура пневматической системы и последовательность прохождения сигнала

Эти элементы формируют  цепь управления для прохождения  сигнала (информации) от входа системы (со стороны управляющей части) к  ее выходу (к исполнительной части).

Усилитель мощности управляет исполнительным элементом  с помощью сигнала, принимаемого от логико-вычислительного устройства (процессора).

2.5 Группировка элементов пневматической системы по подсистемам

•    подсистема энергоснабжения (элементы энергоснабжения),

•    информационная подсистема (датчики),

•    логико-вычислительная подсистема (процессоры),

•    исполнительная подсистема (управляющий распределитель и исполнительное устройство). [1]

3. ВАРИАНТЫ СИСТЕМ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ

3.1 Программируемый  логический контроллер SMC PneuAlpha 2

Служит для  многофункционального управления электропневматическими системами и оборудованием.                                                         

• 
  Встроенная клавиатура и жидкокристаллический дисплей для программирования и управления
  
• 
  Программируемая подсветка дисплея
  
• 
  Высокое быстродействие
  
• 
  Широкий набор базовых функций
  
• 
  Возможность расширения с помощью модулей входов/выходов
  
• 
  Выходы с высокой нагрузочной способностью
  
• 
  Входы счета импульсов до 1 кГц
  
• 
  8 встроенных аналоговых входов (0

10 V, 9 бит)

---

Аналоговые выходы (0 10 V / 4 20 мА, 12 бит)

Аналоговые входы для термопар (тип К) и термосопротивлений (Pt100)

Интегрируется в сеть с AS-интерфейсом

Возможность подключения GSM-модема

Компактность и малый вес

Встроенные часы реального времени

Крепление на стандартную DIN рейку

Система доступа к программе по паролю

Сохранность данных в течение 20 дней при отключенном питании

Допустимая температура эксплуатации до -25°С [2]

3.2 Пневмоостров Festo MPA-L

Создан на основе существующих преимуществ. Пневмоостров с отличными характеристиками дополнен более гибкой системой для отдельных распределителей: пошаговая модульность. Это означает, что пневматические характеристики и функциональные возможности МРА-L могут быть идеально адаптированы к любому варианту применения, обеспечивая при этом экономию времени и пространства.

3.2.1 Преимущества

Отсутствие  ограничений с точки зрения  модульности - как следствие, возможность  адаптации к будущим изменениям  в конструкции машин

Предназначен для применения в таких областях, как машиностроение, пищевая промышленность, управление непрерывными процессами

Простота установки:  прочная шпилька для установки  отдельных клапанов или расширения  пневмоострова

Простая замена  распределителей благодаря использованию  монтажных плит

Возможность  замены распределителей без отключения  подачи воздуха (опционально)

Встроенные  ручные регуляторы давления и  простые средства регулировки  скорости приводов

Каналы подачи  увеличенного размера для одновременного  и надежного переключения нескольких клапанов

3.2.2 Технические данные

До 32 распределителей/соленоидов

Различные типы  распределителей: 5/2, 5/3/ 3/2, 2/2

Класс защиты: IP67 [3]

4. СТАНДАРТЫ

Проектирование  пневматических систем требует применения единых норм изображения конструкций  и схем. Условные обозначения отражают следующие свойства пневмоэлементов:

•    тип  управления и возврата в исходное положение,

•    число  линий (присоединений) и их обозначения,

•    число  позиций переключения,

•    принцип  действия,

•    упрощенное представление проточной части.

4.1 Стандарт DIN ISO

Условные обозначения, которые находят применение в  пневмоавтоматике, выполняются в  соответствии с ДИН ИСО 1219 "Гидравлические и пневматические системы и приборы - обозначение схем" (DIN ISO 1219 "Fluidtechnische Systeme und Geraete - Schaltzeichen"). [1]

---

4.2 Эстонские стандарты  EVS

Эстонские стандарты  EVS основаны на международном стандарте ISO. Краткий список эстонских стандартов:- EVS-EN ISO 4414:2010 - Пневмоприводы. Общие правила и требования безопасности систем и их компонентов. [4]- EVS-EN 1012-1:1999 и EVS-EN 1012-1:2010  - Компрессоры. [5] [6]

5. СРАВНЕНИЕ С ДРУГИМИ НАПРАВЛЕНИЯМИ

5.1 Сравнение источников энергии систем управления

Критерии	Пневмоавтоматка		Гидроавтоматика		Электроавтоматика
Сила линейная	Сила  ограничена низким давлением питания  и диаметром поршня; при нагрузке торможения энергия не потребляется.		Большие силы благодаря большому давлению.		Малые силы; низкий КПД; отсутствие защиты от перегрузок; высокое потребление энергии  в режиме холостого хода.
Сила вращательная	Полный  вращающий момент в режиме торможения безпотребления энергии.		Полный  вращающий момент в ре жиме торможения, однако некоторое потребление энергии.		Низкий  вращающий момент в режиме тор можения (при полной остановке).
Движение линейное	Простота  изготовления; высокие ускорения; высокая  скорость.		Простота  изготовления; хорошая регулируемость.		Сложно  и дорого, так как требуются  преобразователи рода движения; при  малых ходах необходимы линейные магниты, а при малых силах - линейные моторы.
Движение Вращательное или поворотное	Пневмомоторы с очень высоким числом оборотов; высокая стоимость  изготовления; низкий КПД; поворотное движение путем преобразования с помощью зубчатой рейки и шестерни.		Гидромоторы и поворотные цилиндры с числом оборотов ниже, чем в пневмоавтоматике; хороший КПД.		Лучший  КПД для приводов вращательного  действия, ограниченное число оборотов.
Регулируемость	Простая регулируемость силы путем изменения  давления и скорости - расхода  газа; то же самое в области низких скоростей.		Очень хорошая  регулируемость силы и скорости; а  также высокая чувствительность в области малых скоростей.		Иногда  возможно при значительных издержках.
Способность к аккумулированию и транспортировке энергии	Возможно  для любого  количества воздуха; легко транспортируется по трубам (до 1000 м) и  в емкостях.		Аккумулирование возможно с использованием газовой  среды или пружины; транспортируется по трубопроводам (до 100 м).		Аккумулирование затруднено, но возможно с применением  аккумуляторов и батарей; транспортируется просто на большие  расстояния.
Чувствительность к влиянию окружающей среды	Нечувствительность  к колебаниям температуры; взрывобезопасность;  опасность замерзания водяных паров  при высокой влажности воздуха, высокой скорости движения и низкой температуре окружающей среды.		Чувствительность  к колебаниям температуры; источник загрязнения и пожаро- опасности при утечках.		Нечувствительность  к изменениям температуры; в опасных  условиях  необходимо применение оборудования в пожаро и взрывобезопасном исполнении.
Стоимостьэнергии	Высокая по сравнению с электроавтоматикой; 1 м3 сжатого воздуха с давлением 600 кПа (6 бар) стоит от 0,03 до 0,05 DM в зависимости от типа установки и степени использования воздуха.		Высокая по сравнению с электроавтоматикой.		Наименьшая  стоимость энергии.
Другие  свойства	Нечувствительность  к перегрузкам; недопустимый уровень  шума выхлопа, поэтому необходима установка демпфера.		Нечувствительность к перегрузкам; повышенный шум насосов при высоком  давлении.		Чувствительность  к перегрузкам; нечувствительность К перегрузкам  достигается только за счет больших  затрат; шум при переключении контакторов и линейных магнитов.
Безопасность работы элементов	Нечувствительность к влиянию окружающей среды (пыль, влажность и т.д.)	Очень чувствительна к влиянию окружающей среды (пыль, влажность, Электрические помехи, удары  и вибрации); высокая долговечность		Высокая нечувствительность к влиянию окружающей среды; высокая долговечность при чистом воздухе		Высокая нечувствительность к влиянию окружающей среды; нечувствительность к степени чистоты воздуха; высокая долговечность
Быстродействие элементов	> 10мс	<< 1 мс		> 5 мс		> 1 мс
Скорость передачи сигнала	Скорость света	Скорость света		10...40 м/с		100...200 м/с
Дальность передачи сигнала	Практически неограничена	Практически неограничена		Ограничена скоростью передачи сигнала		Ограничена  скоростью передачи сигнала
Габариты	Небольшие	Очень небольшие		Небольшие		Небольшие
Способы обработки сигнала	Дискретный	Дискретный, аналоговый		Дискретный		Дискретный, аналоговый

---

 Таблица 3. Сравнение с другими направлениями автоматики 

6. ФИРМЫ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ

6.1 Festo

Festo (Фесто) — международная компания (концерн) в статусе независимой семейной фирмы, производитель промышленного оборудования. Основной сферой деятельности компании является пневмоавтоматика.Основана в 1925 году. Центральный офис расположен в Эсслинген-на-Неккаре, Германия.Около 13 500 сотрудников  во всем мире. Председатель Совета директоров: д-р Эберхард Файт. [7]

6.1.1 Продукция Festo

Festo производит огромное количество устройств и элементов пневмоавтоматики. Вот краткий список устройств:- Сервопневматические  системы позиционирования- Пневматические  приводы- Перемещение  и сборка- Вакуумная техника- Распределители- Датчики- Пневмоострова- Компрессоры- Системы управления  и периферийные устройства- Глушители- Ресиверы 

6.2 SMC

 Компания SMC начала свою деятельность в 1959 году в Токио. Начав с производства промышленных фильтров, SMC за короткий срок стала мировым лидером в области пневматических технологий.Высококачественные  пневматические компоненты, выпускаемые SMC, применяются в самых современных  разработках в сфере промышленной автоматизации.  SMC Corporation неизменно доминирует на японском рынке средств автоматизации, занимая более 55% рынка. Производственные  предприятия - 18 заводов - расположены  по всей Японии. Сеть сбыта SMC в Японии состоит из 73 местных подразделений  и более 100 дистрибьюторовВ Центре Исследований и Разработок в Цукубе работают более 1000 конструкторов и инженеров по технической поддержкеВ Европе и Америке SMC Corporation входит в тройку ведущих производителей пневматических средств автоматизации. На  мировом рынке  пневмоавтоматики SMC занимает более 25%, значительно опережая ближайших конкурентов, ежегодный объем продаж SMC Corporation составляет около 3.5 млрд долларов.Стабильность  и перспективность компании подтверждает позиция SMC в рейтинге капитализации  предприятий Financial Times – SMC Corporation входит в сотню крупнейших компаний Японии и пятьсот крупнейших предприятий мира.

---

6.2.1 Продукция SMC

SMC, как и Festo, производит огромное количество устройств и элементов пневмоавтоматики. Вот краткий список устройств:- Подготовка  сжатого воздуха- Пневмораспределители- Клапаны- Фильтры- Пневмодроссели- Обратные клапаны- Пневматические  цилиндры- Пневмоприводы- Контрольно-измерительные  приборы- Вакуумное оборудование- Обрудование для смазки и обдува- Резьбовые соединения  и трубки

---