Исполнительные элементы
Основными исполнительными элементами автоматизированного вакуумного оборудования являются средства откачки, коммутирующие элементы, приводы движения и источники электропитания.
Средства откачки
Для предварительного разрежения в вакуумных установках широко применяются вращательные насосы с масляным уплотнением. Основным недостатком этих насосов является то, что иногда, при заполнении рабочей полости маслом, они не запускаются с первого включения и требуют нескольких повторных запусков. Поэтому в автоматизированных установках такие насосы приходится снабжать реле вращения (в насосах моноблочной конструкции- -реле тока) и соответствующей схемой (или программой) пуска, осуществляющей периодические включения насоса до начала вращения.
В системах с безмасляной откачкой вращательные насосы снабжаются одной или двумя ловушками маслозащиты (в последнем случае в период работы одной из ловушек — вторая проходит стадию регенерации).
Применение адсорбционных цеолитовых насосов для предварительного разрежения в автоматизированном оборудовании не получило распространения, так как пет систем автоматического питания жидким азотом, обладающих удовлетворительной надежностью. В этом отношении перспективны индивидуальные ожижители, однако их ресурс пока недостаточен для широкого использования в промышленном оборудовании.
Среди высоковакуумных средств откачки для автоматизированных систем наиболее удобны магниторазрядные насосы серий «НОРД» и «НЭМ», Они не имеют движущихся деталей, стабильны в эксплуатации и в ходе работы позволяют контролировать ре-жим откачки, при этом ток разряда может служить для оценки давления. Для автоматизированных систем зачастую разрабатываются специальные конструкции этих насосов, отличающиеся повышенной надежностью, например, модель НОРД-ЮО-2 (модификация известной модели НОРД-100 с улучшенной изоляцией электродов) .
Дополнительным преимуществом магниторазрядных, как и других электрофизических насосов, является отсутствие необходимости в непрерывной работе предварительного разрежения, что по* вышает надежность и ресурс систем.
Высоковакуумные пароструйные насосы (например, входящие в агрегаты серии ВА) также надежны в эксплуатации и нс имеют движущихся деталей. Они часто снабжаются гидрореле и блокировочными устройствами, отключающими нагреватель при прекращении подачи воды. Для автоматизированных систем наиболее пригодны режимы использования этих насосов, не требующие охлаждающих ловушек с жидким азотом (в связи с указанными выше трудностями). Тем не менее ввиду широкого распространения пароструйных насосов при автоматизации существующих производств они часто используются с азотными ловушками, снабженными автоматическими питателями.
Турбомолекулярпые насосы (ТМН-100, ТМН-200 и др.) обладают меньшей надежностью и ресурсом и требуют сравнительно сложной процедуры при запуске. В автоматизированных системах они обычно оснащаются средствами контроля охлаждения.
Геттсрныс и геттерно-ионные насосы, например серии ГИН, используемые в сверхвысоковакуумных установках, легко могут быть приспособлены к управлению электрическими сигналами. Их недостатки—ограниченный ресурс испарителей и опасность перегорания накаленных элементов — устраняются путем резервирования.
Коммутирующие элементы
В настоящее время имеется широкая номенклатура дистанционно управляемых клапанов и кранов с эластичными и металлическими уплотнениями, пригодных для использования в автоматизированном вакуумном оборудовании.
В коммуникациях предварительного разрежения и высоковакуумных системах, не требующих высокотемпературного прогрева, применяются крапы с эластичными уплотнителями (резина, витон) и электромагнитным (до ф 50 мм) или моторным приводом (при больших диаметрах).
В сверхвысоковакуумных установках, подвергаемых длительному высокотемпературному прогреву, используются металлические уплотнители.
В автоматизированных системах наиболее широко используются электромагнитные клапаны серии МК (диаметры условного прохода от 10 до 50 мм), краны с электромеханическим приводом ЭМ (от 25 до 260 мм) и плоские затворы КЭ (от 86 до 380 мм) — все с резиновыми уплотнителями. Для прогреваемых систем разработаны краны с металлическим уплотнением серии КЭУТ на диаметры условного прохода от 10 до 160 мм с электромеханическим приводом.
Очень перспективны для использования в автоматизированных вакуумных системах краны с пневматическим приводом, благодаря равномерности и плавности уплотнения обеспечивающие низкий износ уплотнителей. В этой области ведутся разработки, однако серийный выпуск пока не освоен.
Краны, используемые в автоматизированных системах, часто снабжены дополнительными блок-контактами, которые позволяют контролировать их положение.
Приводы движения
В вакуумных установках используются механизмы движения различного рода (подъемники, шлюзовые устройства, вакуумные вводы вращения и т. д.).
В автоматизированном оборудовании, как правило, исполнительные механизмы снабжаются электромагнитными или электромеханическими приводами. В тех случаях, когда используются не электрические приводы (гидравлические, пневматические), в них предусматривается возможность управления электрическими сигналами.
С целью проверки исполнения ответственные устройства снабжены средствами контроля за их состоянием; в двухпозиционных исполнительных органах обычно используются дополнительные контакты концевых выключателей. Эти контакты непосредственно включаются в электрические цепи контроля.
Задача усложняется, если необходим непрерывный контроль положения исполнительного механизма в относительно широком интервале, т. е. контролируются не только конечные, но и промежуточные состояния. В этих случаях используются датчики непрерывно изменяющихся величин. Во многих устройствах в качестве таких датчиков применяются одно- или многооборотные переменные резисторы (потенциометры), крайние контакты которых включены между «землей» и источником стандартного напряжения +10 В, а потенциал среднего (подвижного) контакта, механически связанного с исполнительным устройством, является сигналом состояния. В последнее время все шире применяются бесконтактные датчики положения (индуктивные, емкостные, оптические и др.).
Во всех случаях с целью повышения достоверности отсчета важно, чтобы контрольные устройства были связаны непосредственно с рабочим органом, а не с его приводом.
В остальном конструкции исполнительных механизмов автоматизированных установок не имеют существенных особенностей.
Регулируемые источники электропитания. Электрическими исполнительными элементами в автоматизированных системах управления вакуумными процессами являются, в основном, различные источники питания. В тех случаях, когда источники питания разрабатываются специально для автоматизированного оборудования, в них предусматривается возможность управления стандартными сигналами 0 .. . +10 В. Зачастую эти источники представляют собой электронные следящие устройства, по принципу действия аналогичные стабилизаторам тока или напряжения, но отличающиеся тем, что источником эталонного напряжения является командный сигнал (рис. 3). Схемы устройства содержат усилители сравнения, воздействующие на исполнительные элементы таким образом, чтобы разность между командным сигналом и сигналом, поступающим с выхода источника, стремилась к нулю (на рис. 3, а регулирующим элементом является верхний по схеме транзистор, на рис. 3, б — нагруженный трансформатор).
Многие источники электропитания, первоначально предназначенные для ручного управления, удается модернизировать путем замены автотрансформаторов на дистанционно управляемые регуляторы, описанные в следующем параграфе.