Akční členy

Akční členy jsou prvky určené k využití zpracované informace. Nastavují velikost akční veličiny, jejich prostřednictvím zasahuje řídící obvod do regulované soustavy nebo řízeného stroje. Skládají se z pohonu (motorické jednotky) a regulačního orgánu. Pohony převádějí signály z ústředních členů regulátorů, programovatelných automatů nebo řídících počítačů na výchylku konající požadovanou práci s požadovaným výkonem. Regulační orgány jsou zařízení pro ovládání toku hmoty nebo energie systémem (průtoku kapalin, plynů elektrického proudu, magnetického toku apod.)

Při řízení některých energií se používají regulační orgány, které nejsou ovládány pohybem, takže nepoužívají pohony. Příkladem je regulace elektrických veličin pomocí zesilovačů, kdy výkonový zesilovač přestavuje celý akční člen.

Pohony

Pohony rozdělujeme podle výstupního signálu na spojité (proporcionální) a nespojité (dvoupolohové). Podle dráhy pohybu jejich výstupní části mohou být posuvné, kyvné a rotační. Bývají vybaveny zařízením pro ruční ovládání regulačního orgánu a pro definování chování pohonu v případě výpadku napájení (pasivní bezpečnost) a vysílačem skutečné polohy regulačního orgánu, případně koncovými spínači.

Pneumatické pohony se vyznačují jednoduchostí, čistotou provozu, vysokou provozní spolehlivostí, velkými přestavnými silami (až 10⁴N) a poměrně krátkými přestavnými dobami a nízkou cenou. Jsou vhodné do těžkých provozních podmínek, včetně prostředí s nebezpečím požáru a exploze. Podle způsobu generování pohybu rozlišujeme pohony jednočinné a dvojčinné. Jednočinné pohony mají dopředný pohyb realizován tlakem a vratný pružinou, u dvojčinných je tlakem řízen pohyb v obou směrech.

Membránové pohony jsou těsné, ale mají malý zdvih. Ve spojitém provedení je síla vzniklá působením tlaku na vyztuženou membránu vyvažována silou pružiny, kterou lze předepnout. Pružina může být využita i pro zajištění polohy regulačního orgánu při výpadku napájení. Mohou být konstruovány jako jednočinné i dvojčinné. Nespojité membránové pohony mají jenom slabou pružinu, která je určena k návratu membrány do výchozí polohy (při tomto pohybu se nekoná práce).

Obr. 1: Spojitý a nespojitý membránový pohon

Pneumatické válce se používají tam, kde potřebujeme velké síly nebo krouticí momenty. Nejčastěji se používají v obvodech ovládání. Předností pístových pohonů je velký zdvih a značné síly nebo momenty. V obvodech ovládání se používají pístové dvoupolohové pohony. Životnost pohonů pro ovládání se udává v km dráhy a překračuje 10000km. Nevýhodou je tření při pohybu a možná netěsnost.

Obr. 2: Pneumatické válce

Spojité pístové i membránové pohony bývají vybaveny korektory pro přesné polohování. Korektor na principu zpětné vazby porovnává skutečně dosaženou výchylku s požadovanou. Korektory současně umožňují přivádět z napájení vyšší tlak, což vede ke zvýšení přestavné síly pohonu a zkrácení doby přestavení.

Hydraulické pohony jsou vzhledem k provozním tlakům pístové dvojčinné.

Jako řídící prvky pneumatických i hydraulických pístových pohonů se používají rozváděče (cestné ventily), které řídí směr proudu vzduchu nebo kapaliny. Jsou konstruovány jako šoupátkové pístové ventily. Poloha šoupátka ventilu může být ovládána elektricky, pneumaticky, hydraulicky nebo mechanicky. Označují se podle počtu vývodů a poloh. Mohou mít zajištěnou výchozí polohu pomocí pružiny.

Příklad:

Elektromagneticky řízený ventil 4/3 se v klidové poloze zavřený: P – vstup (přívod), R zpětný odvod (odfuk), A, B výstupy.

Obr. 3: Cestný ventil

V oblasti spojitého řízení se používají proporcionální cestné ventily s proporcionálním magnetem, které jsou řízeny elektronicky. Proporcionální magnet mění vstupní proud na sílu přenášenou z kotvy na tyčku zdvihátka. Pomocí pružiny s konstantní tuhostí je dosaženo lineární závislosti zdvihu na budicím proudu elektromagnetu.

Obr. 4: Proporcionální magnet

Elektrické pohony jsou řešeny pomocí různých elektrických motorů (např. asynchronních, synchronních, stejnosměrných, krokových aj.) s ohledem na momentovou charakteristiku, možnost řízení otáček, záběrový moment a přetížitelnost. Jednotlivé druhy motorů jsou popsány v modulu Elektrické stroje.

Regulační orgány

Regulační orgány pro všeobecné použití umožňují ovládání průtoku plynů, kapalin a par. Regulační orgán musí být dimenzován na jmenovitý pracovní tlak a jmenovitou světlost, musí vyhovovat tepelnou a korozivní odolností protékajícímu médiu. Podle konstrukce je dělíme na ventily, kohouty, šoupátka, klapky a žaluzie.

Ventily se vyznačují tím, že při průtoku tekutiny ventilem dochází k výrazné změně směru proudu tekutiny. Podle funkce dělíme ventily na:

• uzavírací – hlavní požadavek těsnost
• regulační
• pojistné – omezení maximálního tlaku odpouštěním do prostoru nebo odpadu
• zpětné (jednosměrné) – v jednom směru propouští bez odporu, ve druhém jsou těsné
• škrticí – pro vytváření odporových děličů, v kombinaci se zpětným ventilem se používají pro řízení rychlosti pohonů
• třícestné – rozdělovací a směšovací.

Obr. 5: Příklady konstrukce ventilů

Kohouty se uzavírají pootočením otočné části, jsou těsné.

Šoupátko je armatura typu stavidla. Uzavírací orgán je klínovitá deska kolmá k ose potrubí, která dosedá do zabroušeného sedla. Používá se ve vodním hospodářství.

Klapka je deska otočně umístěná v ose potrubí, která svým otáčením mění průřez potrubí. Používá se pro regulaci průtoků plynů. Žaluziové klapky jsou tvořeny více listy, používají se v klimatizační technice.

Obr. 6: Konstrukce kohoutů, šoupátek, klapek a žaluzií

 

Zdroje

• BENEŠ, Pavel, Jan CHLEBNÝ,Josef LANGER, Marie MARTINÁSKOVÁ a Rudolf VORÁČEK. Automatizace a automatizační technika III. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2000, 254s. ISBN 80-7226-248-3

• KOLEKTIV AUTORŮ. Automatizace a automatizační technika 1. 1. vyd.  Brno: Computer Press, 2012. 217s. ISBN 978-80-251-3628-7

• SCHMID, Dietmar a kol. Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. 1. vyd. Překlad Jiří Handlíř. Praha: Europa-Sobotáles, 2005, 420s. ISBN 80-86706-10-9

Obrázky

• Obr. 1 a 6: BENEŠ, Pavel, Jan CHLEBNÝ,Josef LANGER, Marie MARTINÁSKOVÁ a Rudolf VORÁČEK. Automatizace a automatizační technika III. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2000, 254s. ISBN 80-7226-248-3

• Obr. 2, 3, 4 a 5: SCHMID, Dietmar a kol. Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. 1. vyd. Překlad Jiří Handlíř. Praha: Europa-Sobotáles, 2005, 420s. ISBN 80-86706-10-9

• Obr. 7 a 8: Archiv autora