Podręcznik

W zdecydowanej większości realizacji praktycznej linii przesyłowych niskiego ciśnienia występuje duże oddalenie aktorów pneumatycznych od źródeł sygnałów pneumatycznych, które tymi aktorami sterują. Źródłem sygnału pneumatycznego będzie na pewno zespół przygotowania powietrza w konfiguracji linii przesyłowej jak na rysunku 4, na którym można łatwo wyszczególnić linie przesyłowe o których wiadomo, że będą określonej długości liczonej w metrach a nawet setkach metrów (patrz nawój przewodu PE z rysunku 7). Linie przesyłowe niskiego ciśnienia, aczkolwiek znacznie krótsze występują również w obrębie samego zespołu aktora pneumatycznego, którym może być np. rozdzielacz i siłownik pneumatyczny. Do tego pierwszego z jednej strony doprowadza się przewód pneumatyczny linią przesyłową z zespołu przygotowania powietrza, zaś z jego „drugiej strony” wyprowadza pojedynczą linię lub kilka linii przesyłowych dla siłowników pneumatycznych. Opisany przypadek, który najczęściej ma zastosowanie w realizacji procesów produkcyjnych zilustrowano schematycznie na rysunku 8.   

Należy nadmienić, że zarówno linia przesyłowa taka, jak na rysunku 4, jak i linie przesyłowe z rysunku 8 wprowadzają opóźnienie w przekazywaniu nośnika sygnału np. sprężonego powietrza dla aktorów uczestniczących w sterowaniu. Opóźnienie to przy wykorzystaniu tych aktorów w układach UAR powoduje pogorszenie stabilności tych układów, a nawet w konsekwencji ich niestabilność. Jedną z metod zapobieżenia temu zjawisku jest przyśpieszenie przesyłu sygnału pneumatycznego poprzez dobór określonych parametrów linii przesyłowej niskiego ciśnienia. 
Do parametrów linii przesyłowej niskiego ciśnienia, które mają wpływ na wnoszone przez tę linię wzmiankowane wyżej opóźnienie, czyli de facto przyczyniają się do określonego czasu przesyłu sygnału pneumatycznego tp należą: średnica D oraz długość l przewodów linii przesyłowej, natężenie przepływu Q_v, ciśnienie p, objętość końcowa V_k, będąca obciążeniem linii oraz od modułu sprężystości materiału E (rurka metalowa czy przewód typu PE), z którego wykonana jest linia przesyłowa. Rysunki 9 do 12 ilustrują wpływ poszczególnych ww. parametrów linii przesyłowej na czas przesyłania sygnału pneumatycznego t_p. [Źródło: L.Mammel, A.Osiadacz: Pneumatyczne przetworniki automatyki].

Rysunek 9: Zależność t_p=f(D), t_p=f(V_k) przy l=60m, p₀=60kPa, D_p=10kPa

Na rysunku 9 przedstawiono zależność czasu przesyłania t_p od średnicy przewodu linii przesyłowej D oraz obciążenia linii na jej końcu – objętości końcowej linii V_k. Z wykresów widać, że dla l, p, V_k i D_p=const, wartość czasu przesyłu t_p jest funkcją średnicy przewodu D. Dla l, p, D_p i D=const wartość czasu przesyłu t_p jest tym większa, im większa jest objętość końcowa linia V_k. Wartość średnicy optymalnej przewodu D ze względu na minimalny czas przesyłu t_p nie zależy natomiast od objętości obciążenia V_k.

Rysunek 10: Zależność t_p=f(D), t_p=f(Q_v) przy l=60m, V_k=0, p₀=60kPa, D_p=10kPa

Rysunek 10 ilustruje zależność czasu przesyłania t_p od średnicy przewodu D dla różnych wartość natężeń przepływu sygnału pneumatycznego.
Przy założeniu stałej długości linii przesyłowej l wartość czasu przesyłu t_p maleje wraz ze wzrostem mocy sygnału pneumatycznego oraz wraz ze wzrostem średnicy przewodu linii przesyłowej D. Jeżeli natomiast długość linii przesyłowej l ma być zmienna, to dla każdej długości l można osiągnąć minimalną wartość czasu przesyłu t_p odpowiednio zmieniając średnicę przewodu linii przesyłowej D. Zilustrowano to na rysunku 11.

Rysunek 11: Zależność t_p=f(D) przy V_k=0, p₀=60kPa, D_p=10kPa.

W projektowaniu linii przesyłowej niskiego ciśnienia zachowanie warunku sztywności i nieodkształcalności tej linii (tzn. warunku, aby moduł sprężystości materiału przewodu linii przesyłowej E był dużo większy niż maksymalna wartość przesyłanego sygnału p_max), przyczynia się również w sposób zasadniczy do zmniejszenia czasu przesyłu sygnału t_p. Rysunek 12 pokazuje zależność modułu sprężystości E przewodu linii przesyłowej od wartości ciśnienia przesyłanego sygnału pneumatycznego p dla przewodów wykonanych z różnych materiałów oraz o różnych średnicach D i różnych grubościach ścianek d. 

Rysunek 12: Zależność E=f(p) dla różnych materiałów, ich średnic D[mm] i grubości ścianek $\delta$: 1 – D=2, $\delta$=0,6; 2 – D=4, $\delta$=1; 3 – D=6, $\delta$=1; 4 – D=8, $\delta$=1, 5 – D=4, $\delta$=2, 6 – D=6, $\delta$=2, 7 – D=8, $\delta$=2  

Należy zaznaczyć, że im mniejsza wartość E materiału przewodu linii przesyłowej, tym większy wpływ na wartość czasu t_p ma sposób ułożenia tego przewodu. Oczywiście nie zawsze można dobrać parametry linii przesyłowej niskiego ciśnienia tak, aby zapewniały minimalne wartości czasu przesyłu tp sygnału pneumatycznego. Nie zawsze też skrócenia tego czasu metodą doboru parametrów będzie odpowiadać narzuconym potrzebom np. procesu produkcyjnego czy sterowania aktorami w podwoziu zrobotyzowanym pojazdu mobilnego. 
Jako uzupełnienie do zawartych powyżej treści stanowiących o metodzie i potrzebach zmniejszania czasu przesyłu sygnału pneumatycznego tp można podać, że w realizacji sterownia aktorami pneumatycznymi zachodzi często potrzeba zwiększania tego czasu tp. Taka sytuacja często ma miejsce przy opróżnianiu przestrzeni roboczych elementów pneumatycznych (wchodzących w skład zespołu aktora pneumatycznego), które to przestrzenie we wcześniejszym cyklu pracy tego elementu były napełnione (co oczywiście oznaczało przesłanie sygnału pneumatycznego z minimalnym czasem przesyłu tp), a w następnym cyklu powinny być opróżnione i to z opóźnieniem, gdyż takie jest założenie sterowania aktorem pneumatycznym. Intuicyjnie powiemy, że teraz czas przesyłu sygnału tp staje się tak naprawdę czasem wypływu medium t_w, który jest dalej ściśle powiązany z tym pierwszym parametrem, bowiem medium przepływa tym samym przewodem. Użycie elementu opóźniającego dla realizacji określonego czasu wypływu t_w ilustruje rysunek 13.

Widoczny na rysunku 13 w linii przesyłowej nr 2 zawór dławiąco-zwrotny zbudowany jest z dwóch członów. Pierwszy służy do dławienia powietrza wypływającego z lewej komory siłownika pneumatycznego w kierunku przyłącza nr 4 elektrozaworu 5/2 (podczas odpowietrzania), zaś drugi jest zaworem zwrotnym dla tego kierunku, czyli umożliwia bezproblemowy przepływ sygnału pneumatycznego od przyłącza nr 4 do lewej komory siłownika. Zatem działanie aktora pneumatycznego z rysunku 13 polega na tym, że ruch tłoczyska w kierunku: PRAWO odbywa się „bez zakłóceń”, zaś ruch w kierunku: LEWO jest „lekko” opóźniony poprzez wykorzystanie zaworu dławiąco-zwrotnego. Widoczna na rysunku „strzałka” pokazuje, że możliwe jest kształtowanie czasu t_w.