Пневмоника и влажные мечты стимпанка

    “Пневмоавтоматика с каждым годом приобретает все большее значение для современной техники. Пневматические приборы широко применяются при автоматизации производственных процессов и при управлении энергетическими установками”

    Л.А.Залманзон Пневмоника. Струйная пневмоавтоматика. изд. Наука, М. 1965


    Рисунок 1: Fluidic Kit by Tekniska musee


    Допустим мы решили забить на сборку компьютера на герконовых реле и заняться еще более безумными вещами. Для тех, кто следит за сборкой BrainfuckPC — не пугайтесь, ему ничего не угрожает. Я лишь строю планы на будущее.


    Введение


    Знаете ли вы что такое эффект прилипания струи к стенке? Пройдемся ка с вами в ванную, предварительно захватив с собой столовую ложку:



    Рисунок 2: Эффект прилипания струи


    Мы видим, как струя воды соприкоснувшись с горбом ложки тут же прилипает к ее стенке, заметно искривляясь. Это явление известно давно и описывалось многими исследователями, в том числе такими видными как Юнг и Рейнольдс. Свое название “Эффект Коанда”, однако это явление получило по имени работавшего во Франции румынского изобретателя Анри Коанда, который в начале прошлого века предложил использовать его для ряда технических приложений.


    Режиссерская версия статьи для визуалов




    Рисунок 3: Эффект притяжения струи к стенке (Эффект Коанда)


    Суть этого явления в упрощенном виде заключается в следующем: струя рабочей среды, вытекающая из сопла питания 1 под углом к стенке 2, касается ее в некоторой точке и эжектирует газ (воздух) из зоны, ограниченной струей и стенкой.



    Рисунок 4: Создание зоны разряжения между струей и стенкой


    В результате в этой зоне создается пониженное давление и струя подсасывается к стенке, занимая устойчивое положение. Если на уровне стенки установить приемное сопло 3, то в нем возникнет давление Рвых соответствующее давлению в канале 1. Подавая из сопла управления рабочую среду в зону пониженного давления, произойдет отрыв основной струи от стенки.


    Если в новом положении струя коснется соответствующим образом установленной второй стенки, то вследствие явления прилипания она останется в этом новом положении и после того, как прекратится подача сигнала управления. У нас получилось ни что иное как управляемый бистабильный элемент.



    Рисунок 5: Переключение бистабильного элемента


    Этот бистабильный элемент при включении может занять любое положение. Добавляя в конструкцию элемента несимметрию, мы сделаем элемент моностабильным — если не подается ни один из сигналов — он всегда будет принимать строго одно устойчивое состояние.



    Рисунок 6: Моностабильный элемент с прилипанием струи к стенке. Моностабильность обеспечивается неодинаковой длиной притягивающих стенок (а), неодинаковым смещением притягивающих стенок (б), неодинаковыми входными сопротивлениями управляющих каналов (в), наличием отверстия в одной из обкладок (г).



    Рисунок 7: работа моностабильного элемента


    Струйные элементы


    С самим эффектом более-менее разобрались. Я не стал вдаваться в теоретические подробности ламинарного и турбулентного потока. Это тема отдельных изысканий и LGA-симуляции в OpenFOAM. Для реализации компьютера нам необходимы в первую очередь базовые логические элементы.


    Логический элемент 2ИЛИ/2ИЛИ-НЕ


    Возьмем нашу исходную схему, но со стороны стабильного выхода управляющий вход будет иметь две подводные трубки — А и В.



    Рисунок 8: Базовый элемент на эффекте прилипания струи к стенке


    Что будет происходить если мы начнем подавать воздух хотя бы в одну из них? Совершенно верно, на выходе d получим результат операции 2ИЛИ. На выходе u присутствует результат операции 2ИЛИ-НЕ.


    Поскольку 2ИЛИ-НЕ, или “стрелка Пирса” образует базис для пространства булевых функций от двух переменных, на элементах этого типа возможно собрать абсолютно любую логическую схему.


    Логический элемент 2И/Исключающее ИЛИ


    Однако одной стрелочки маловато будет — схемы на одном типе элемента получаются довольно избыточными.



    Рисунок 9: Логический элемент И


    Струйный логический элемент И в двух вариациях. На рисунке б) в выходном сопле появится давление только если на оба входа будут поданы сигналы. В случае только одного из входов — струя прилипнет к одной из стенок — Н1 или Н2 и не попадет на выход. На рисунке в) немного более интересная конструкция. Здесь каждый из входов является управляющим для другой струи. При наличии только одного из сигналов, струя пойдет в выход а или б. Когда присутствуют обе струи, каждая отклоняет другую на прилипающие стенки W1 и W2, тем самым поток начинает идти на выход а*б.


    Поскольку эти элементы самопитающие — у них нет сопла питания — они не могут быть переоборудованы в полноценный 2И-НЕ, ибо при отсутствии обоих входных сигналов ни один выход не будет “сопеть”. Зато прекрасно сойдут за Исключающее ИЛИ — объединяем в один канал а+б и получаем нужный результат.


    Ячейка памяти


    Для компьютера важно сохранять данные для работы — как минимум нужны регистры, как максимум ОЗУ и ПЗУ.


    С временной ячейкой памяти все довольно просто — берем элемент 2ИЛИ и подключаем один из входов на выход d. Получится элемент с положительной обратной связью. Стоит нам подать сигнал на выход А, как элемент переключается, с выхода d струя начнет поступать на вход B и элемент останется в таком состоянии пока не прекратится подача питающей струи. Либо мы можем подать струю на вход Б или Г и выключить элемент.



    Рисунок 10: Взаимодействие струй с положительной обратной связью.


    Постоянную память можно организовать с помощью двух сред.


    Одна среда — жидкость — может принимать одно положение из двух:



    Рисунок 11: Струйный элемент с памятью. Буквами обозначены потоки, реализующие операции введения в память S, сброс памяти L, считывание R.


    Подавая давление на вход S или L мы можем перемещать каплю жидкости между камер. А оценивая закрыт или открыт канал R — можем считывать данные из ячейки.



    Рисунок 12: Вариант контроля. При закрытом выходе давление пойдет в атмосферное окно. Там вполне может стоять схема считывания.


    Еще вариант подавать небольшое давление на вход L, недостаточное для переключения состояния ячейки памяти. Выход R при этом либо будет "сифонить", либо нет.


    Такой элемент, разумеется, работает только при определенном положении в пространстве.


    Генератор импульсов


    Если к выходу u подключить замкнутую камеру, то мы получим генератор импульсов. Пока давление в камере меньше критического, струя воздуха через канал U продолжает поступать в резервуар. При превышении — давление камеры передавливает струю, буквально выдувает ее из канала u и отрывает ее от стенки, в результате чего она начинает поступать в канал d. При этом выходящая из резервуара струя некоторое время работает как управляющая. Также происходит эжектирование воздуха из резервуара. Постепенно давление в резервуаре падает и струя возвращается в исходное состояние. Цикл повторяется.



    рисунок 13: Принцип работы генератора импульсов


    Частота импульсов зависит от давления в системе и объема камеры. не знаю точных чисел, но 1кГц выжать можно.


    Существующие пневмисторы и пневматические элементы


    Небольшой обзор существовавших и существующих элементов пневматики. В первую очередь — пневмоавтоматики, которая активно применяется до сих пор. В основе — банальные клапана и всякие там мембраны.


    Один из вариантов — двухпоршневые элементы. Играемся с входами — получаем различные логические операции на выходе.



    Рисунок 14: Двухпоршневые элементы. а — конструкция элемента. б — логические схемы с одним двухпоршневым элементом (НЕ, ИЛИ, И), в — логические схемы с двумя двухпоршневыми элементами (НЕ-ИЛИ, НЕ-И, исключающее ИЛИ). ½ р2 — давление возврата, р0 — постоянное давление на выходе.


    Другая вариация — Мембраны и камеры. Их проще собирать (слои корпуса — слой мембраны) и обеспечить герметичность камер. Надежность срабатывания двухпоршневых элементов сильно зависит от зазоров между поршнями и цилиндром.



    Рисунок 15: Двухмембранный элемент. а — конструкция, б — принцип коммутации двухмембранного элемента. в — логический элемент ИЛИ, г — И, д — многократная логическая схема ИЛИ, е — бистабильный триггерный каскад, М1 и М2 — мембраны, А0, В1, В2, С1, С2 — камеры.


    Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА)


    В 1960-61-х годах, в СССР был разработан набор конструктивно завершенных унифицированных пневматических элементов, предназначенных для построения устройств и систем пневмоавтоматики. Каждый элемент выполняет определенную элементарную операцию (усиления, повторения; сравнения, запоминания и т.д.).



    Рисунок 16: набор элементов УСЭППА 1,2 — двух и четырех-входовые усилители, 3 — грубый мощный повторитель; 4,17, 23 — пневмореле (в разных конструктивных исполнениях); 5, 10 — клапаны (разгруженный, неразгруженный); 6 — точный повторитель со сдвигом; 7 — точный повторитель; 8,9 — пневмоемкости (регулируемая и нерегулируемая); 11 — память непрерывного сигнала; 12 — задатчики; 13, 14 — пневмосопротивления (постоянное, регулируемое); 15 — дроссельный сумматор; 16, 22 — сдвоенный обратный клапан (шариковый, с летающим диском); 18 — память дискретного сигнала; 19, 20 — индикаторы (блинкеры); 21 — конечный выключатель; 24, 25, 26 — пневмокнопки; 27 — пневмотумблер


    В различных сочетаниях элементы УСЭППА используют при построении регуляторов, систем автоматической оптимизации, релейных устройств пуска, останова, защиты и блокировки, систем циклической автоматики, устройств телемеханики и др. Устройства пневмоавтоматики монтируют из элементов УСЭППА на платах; все соединения между элементами осуществляются с помощью пневматических каналов, проходящих внутри плат.


    Рисунок 17: Общий вид пневматической системы управления на УСЭППА


    Функциональные возможности УСЭППА позволяют реализовать непрерывные, дискретные и непрерывно-дискретные операции. Для реализации непрерывных (аналоговых) операций над пневматическими сигналами используют элементы сравнения (усилители) на два и четыре входа, различные повторители, постоянные и переменные пневмоёмкости, нерегулируемые и регулируемые пневмосопротивления. С их помощью создаются пневматические решающие усилители и инерционные звенья, составляющие основу аналоговой пневматической техники.
    Для построения дискретных (релейных) пневматических устройств применяют универсальные пневмореле и сдвоенный обратный клапан;: с их помощью выполняются элементарные логические операции. Временные операции в релейных схемах осуществляются с использованием естественных задержек (инерционных звеньев) и принудительных задержек от дискретных пневмосигналов. Непрерывно-дискретные операции выполняются с использованием пневмоклапанов, элементов с запоминанием непрерывных сигналов и линейных пульсирующих сопротивлений. Эти элементы работают как с непрерывными, так и с дискретными сигналами и позволяют существенно расширить возможности построения устройств пневмоавтоматики. В состав УСЭППА входят также вспомогательные элементы – различные задатчики, пневмокнопки, пневмотумблеры, пневмоэлектро- и электропневмопреобразователи и т.д.

    На базе УСЭППА в СССР в 60-х гг. создана система универсальных пневматических приборов, получившая название «Старт». Она приспособлена для построения преимущественно разветвленных систем стабилизации и оптимизации непрерывных технологических процессов. Для создания автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами (АСУТП) используется агрегатный функционально-аппаратурный комплекс пневматических средств «Центр» (начало 70-х гг.). Он состоит из крупных функциональных блоков, собранных из элементов УСЭППА.
    Для построения дискретных систем управления циклическими и периодическими процессами в начале 70-х гг. создана агрегатная система субблоков «Цикл». Эта система использует модернизированную элементную базу УСЭППА (кроме элементов с упругими и подвижными деталями в системе применяются струйные элементы); все её блоки и устройства монтируются в типовых контейнерах, шкафах, пультах и т.п. УСЭППА и «Старт» отмечены Ленинской премией (1964), комплекс «Центр» – Государственная премия СССР (1974).
    Глушков В.М., Амосов Н.М., Артеменко И.А. Энциклопедия кибернетики. Том 2. Киев, 1974 г.

    Что самое интересное, эти элементы производятся и используются и по сей день. Буду рад примерам в комментариях в каких сферах техники такое применяется.


    Элементы струйной системы “Волга”


    Эти ребята мне больше по душе для воспроизведения на 3D-принтере. Клапана — это не то. Все же струя воздуха — вот где магия.


    Струйные системы системы “Волга” разработаны в Волжском филиале ВНИИМАШ и в основе их работы используются такие аэродинамические эффекты как соударение струй, прилипания струи к твердой стенке и внутренней обратной связи. Они подразделяются на струйные дискретные элементы, предназначенные для реализации различных комбинаций логических функций НЕ, ИЛИ, А и струйные аналоговые элементы, используемые для сравнения и усиления входных сигналов.



    Рисунок 18: Внешний вид и конструкция элемента сеии "Волга"


    Пневмоэлемент имеет канал питания 1, всегда соединенный с напорной пневмолинией, давление в которой р 0,02…0,03 МПа, четыре канала управления 2, 3, 6 и 7 и два выходных канала: выход «ИЛИ» – 5 и выход «НЕ ИЛИ» – 4. Рабочую камеру пневмоэлемента образуют рассекательA и диффузорB. В рабочую камеру поступает основной поток воздуха через сопло, соединенное с каналом питания 1, и управляющие струи через соответствующие сопла, соединенные с каналами 2, 3, 6 и 7. Для обеспечения нормальной работы пневмоэлемент имеет вентиляционные камерыC, открытые в атмосферу.

    В пневмоэлементе ось сопла, соединенного с каналом питания 1, смещена относительно оси диффузора B так, чтобы струя воздуха, подаваемая через сопло, при отсутствии сигналов управления всегда «прилипала» к правой стенке диффузора B и попадала в выходной канал 4. При подаче управляющего сигнала на входы 2 и 3 или на оба эти входа основной поток воздуха перебрасывается к противоположной стенке диффузораB и попадает в выходной канал 5. Таким образом, реализуется логическая операция «ИЛИ». После снятия управляющих сигналов поток воздуха возвращается к исходному направлению и вновь попадает в канал 4.
    Управляющие сигналы, поступающие по каналам 6 и 7, являются запретительными, т. е. при их наличии сигнала на выходном канале 5 не будет, даже при наличии сигналов управления в каналах 2 и 3.
    Пневмоэлемент СТ-55 является базовым элементом. Используя несколько таких элементов и меняя комбинации соединений его выходных пневмолиний, можно реализовать любые логические функции.
    Внешний вид элемента «Волга» показан на рис. 12.10, б. Конструктивно элементы системы «Волга» представляют собой соединение двух пластмассовых пластин, на которых, например, методом штамповки образованы канавки, соответствующие определенному рисунку (рис. 12.10, а). Если соединить (склеить) две пластины с зеркальным расположением канавок, то в такой детали образуются соответствующие камеры и каналы, заканчивающиеся цилиндрическими ниппелями, на которые надеваются пластмассовые трубки внешних пневмолиний.
    С целью увеличения компактности и сокращения числа пластмассовых соединительных трубок несколько элементов системы «Волга» образуют блоки. В этом случае элементы монтируются на общей монтажной плате. Ниппели каждого элемента вставляются в соответствующие отверстия монтажной платы, которые с помощью внутренних каналов соединяются по определенной схеме. Такая конструкция проста и технологична, что обеспечивает низкую стоимость струйных элементов и блоков управления, построенных с их использованием.
    Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник. Ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод / Под ред. А.А. Шейпака. – М.: МГИУ, 2003. – 352 с.


    Рисунок 19: Струйный дискретный и аналоговый элемент в основе пневмисторов серии "Волга"


    У меня есть целый альбом этих элементов



    Рисунок 20: СТ41 — ИЛИ-НЕ


    Тоже базовый элемент, на котором можно реализовать все остальное.


    В альбоме есть следующие элементы:


    • СТ42 — триггер,
    • СТ43 — 2И-НЕ,
    • СТ44 — 3ИЛИ-НЕ,
    • СТ45 — 2ИЛИ-НЕ с каналом самоблокировки (наверное),
    • СТ53 — 6ИЛИ-НЕ,
    • СТ54 — 8ИЛИ
    • СТ55 — 2НЕИЛИ+2ИЛИ-НЕ
    • СТ56 — RS-триггер
    • СТ57 — 4ИЛИ-НЕ
    • СТ60 — 2И+2ИЛИ

    Есть еще аналоговые струйные элементы, их в списке приводить уже не буду. Кому интересно — велком непосредственно в сам альбом.



    Рисунок 21: Конструкционная схема элементов СТ53 и СТ54


    Сравнительные характеристики элементов


    (Которые уже никто не найдет, но многие помнят)
    Для справки привожу таблицы сравнения пневмисторов различных производителей.


    Отечественные:



    И зарубежные:



    Схемы


    С логическими элементами разобрались. Рассмотрим что можно сделать на их основе.


    Базовый элемент



    Рисунок 22: Базовый элемент с прилипанием струи к стенке. V — канал питания. E1- E4 — каналы управления. O1-O2 атмосферные каналы, A1, A2 — выходные каналы. Сетка для понимания размеров


    Реверсивный счетчик


    Поскольку мне близка архитектура моего релейного компьютера, в первую очередь мне важно иметь реверсивные счетчики. Есть такие. Основаны на базовом элементе.



    Рисунок 23: Струйный сдвиговый регистр с симметрично-стробированными триггерными каскадами для двух направлений сдвига (прямой и обратный счетчик). Н — струйные элементы с прилипанием струи к стенке в качестве переключателей направления сдвига. Vv Vr — входы для сигналов определяющих направление сдвига, D — направление сдвига, N, N+1, N+2 — блоки памяти. E0 — входы для импульсов сдвига. E’’ входы для параллельного ввода сигналов в память и вывода их из памяти.


    Сумматор


    Помимо счетчика желателен сумматор. Тут уже нужны элементы И. Их центральный канал используется для расчета следующего разряда, а боковые — для текущего.



    Рисунок 24: Принципиальная схема сумматора


    Условные обозначения



    Наше время


    Струйный компьютер вроде бы даже можно создать… По сути — ничего сложного — воскрешаем пару-тройку базовых элементов, отлаживаем их и проектируем сложные комплексные системы с кучей трубочек. Все помнят фотографии квантовых компьютеров?



    Рисунок 25: Какая-то самая часть квантового компьютера


    Несколько мелких модулей и огромная колонна обвязки? Струйный компьютер будет выглядеть примерно похожим образом. Один только компрессор с накопителем чего стоить будет.
    С другой стороны на панели 20х20см можно смело разместить почти сотню базовых логических элементов! А потом эти панели собираем в стопку и получится довольно компактная система.



    Рисунок 26: Бутерброд, который вполне может получиться


    Помимо элементов, располагаем на панели сквозные отверстия для связи уровней между собой и перемежаем панелями с каналами, будто проводники на печатной плате. Слой панели логики, пара-тройка слоев перемычек. При толщине каждого слоя в 4-5мм, и, допустим 2 слоев перемычек на каждый слой логики получаем 15 мм на 100 базовых элементов. На десять панелей логики получаем бутерброд в 1000 элементов с условными размерами 200х200х200 мм. Да у меня релейный комп из 700 реле состоит!


    Правда здесь придется регистры и память на тех же реле организовывать. Соответственно потребуется намного больше элементов — 5-6 тысяч штук. Но если панели заказать литьем под давлением у китайцев — то почему бы и нет? Слои перемычек печатать...


    Я планирую использовать для разработки схем DipTrace. По сути рисуем элементы так, чтобы слои можно было импортировать во fusion 360 и выдавливать каналы, да окна.
    Корректность логической схемы отдам на откуп САПР — можно же нарисовать схему из почти обычных логических элементов, а дальше уже разводка.


    Классическое "Зачем????777"



    Рисунок 27: Классическое "затем"


    Ну представьте себе — большой стенд, спереди блинкеры и флажки, сзади — перфорированная стенка для атмосферных окон. Мы запускаем парогенератор, пар начинает поступать в машину, спереди зашевелились блинкеры, а сзади пар из отверстий чух-чух-чух. Красота...


    В любом случае я пока что на начале пути и только только собираю информацию. Нет ни представления об архитектуре будущей машины, ни ее свойства, ничего… Но знаете что самое интересное? Люди занимаются подобным!


    Товарищи из ИПУ РАН, например, создали библиотеку струйных элементов и ПО для разработки систем струйной логики:



    Рисунок 28: Пример базы данных элементов струйной логики


    По сути ребята уже сделали то что я хочу — нарисовали элементы в CAD и печатают их на принтере. Жаль на почту не отвечают)


    Вот тут более приближенная к реальности задача — система управления газостатического подшипника:



    Рисунок 29: Четырехканальная струйная система управления с дискретными регуляторами с независимым каналом управления для каждого сегмента. P – давление питания газостатических подшипников. До 3D-печати дела не дошло..


    Разумеется, где есть газовая струя, там вполне может применяться струйная логика. Например в двигателе Д-18 самолета АН-124 “Руслан”


    Про применимость пневматических систем я лишь знаю что это весьма распространенная штука, конкретным примерам буду рад в комментариях.


    Литература


    Некоторое количество литературы по струйной логике. Большая часть книг — старше меня. Оно и немудрено.


    1. Рехтен А.В, Струйная техника: Основы, элементы, Схемы. М. изд. Машиностроение, 1980, 237с.
    2. Лебедев И.В., Трешкунов С.Л. Яковенко В.С, Элементы струйной автоматики. М. Машиностроение, 1973. 360с.
    3. Вулис Л.А., Кашкаров В.П. Теория струи вязкой жидкости. М, изд. Наука. 1965. 431с.
    4. Залмазон Л.А, Теория элементов пневмоники. М. изд. Наука. 1968г. 508с.
    5. Кулешова Н.А., Власов Ю.Д., Леладзе И.С. Атлас конструкций элементов систем пневмоавтоматики. Часть 1. Элементы систем УСЭППА и КЭМП М. 1995.
    6. Кулешова Н.А., Власов Ю.Д., Леладзе И.С. Атлас конструкций элементов схем пневмоавтоматики. Часть 2. Элементы струйной системы “Волга”. М. 1996.

    Заключение


    Наверняка кому-то уже попадались на глаза кадры видео, из которых я сделал гифки. Исходный материал — обучающий кинофильм



    Я показал очень малую толику того, что на самом деле представляет собой струйная логика. Материала тут не на одну статью и обзор. Буду рад любым замечаниям и предложениям по данной тематике в общем и по будущему компьютеру в частности.

    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 91
    • +2
      Это просто круто! Спасибо за чудесный обзор, пишите еще, буду ждать продолжения.
      • +7
        Знакомые вещи… С пневмоэлементами «УСЭППА» много работал. И обслуживал системы на их базе.
        А струйные элементы уже не застал. Хотя были. Основные причины отказа от струйных элементов:
        1) Шум. Элементы бывало сильно свистели, что делало невозможным совместное нахождение людей и блоков автоматики в одном помещении.
        2) Очень высокие требования к чистоте воздуха. Малейшие примеси пыли достаточно быстро убивало пластиковые элементы. Это делало воздухоподготовку для производства очень дорогой.
        3) Сложность отладки и поиска неисправностей. Если для УСЭППА достаточно маленького манометра с куском прозрачной пластиковой трубки, то для струйных элементов это уже не так просто.
        • +1
          Спасибо за содержательный комментарий!
          1. Шум для такой конструкции не помеха. Скорее достоинство, если оно будет стреляющие звуки издавать при вычислениях. Сразу будет понятно — оно работает :)
          2. Я надеюсь что HEPA-фильтров будет достаточно для такого. Полагаю пол-века назад были проблемы с доставабельностью фильтров высокой степени очистки. Ну и воспрос — насколько быстро убивались элементы? Через Сутки, Неделю, Месяц? Все что больше недели для моей машины — вечность.
          3. Да, вообще внести информацию в машину и снять ее оттуда — нетривиальная задача.
          Если внести информацию можно с помощью пневматики — взяв за основу механизм считывания перфоленты музыкального органа, то вывод информации так, чтобы не оказывать воздействия на струю — намного сложнее. Вероятно нужны флажковые механизмы или что-то типа того.
          Для отладки думаю придется собирать дифференциальный манометр на базе мостового датчика давления с конструкцией по типу трубки прантдаля. Или по типу эжектроного насоса. А датчиком давления определять давление/разряжение в отводном канале.
          Так что современные варианты есть.
          • +5
            Скорее достоинство, если оно будет стреляющие звуки издавать при вычислениях. Сразу будет понятно — оно работает
            Ага. Пара сотен свистящих элементов. Через пару тройку часов Вы уберете пункт «звук» из графы «достоинство». А еще через 20-30 часов… голова превращается в тыкву. Со схожим функционалом. Хотя звукозащитные наушники рулят.
            Я надеюсь что HEPA-фильтров будет достаточно
            . Не могу сказать. Но учти, что струйная логика достаточно «прожорливая» в смысле расхода воздуха.
            УСЭППА — проверку логики делали раз в год. Обычно элементы спокойно жили лет по 5 и больше. Замена шла не по факту полного отказа, а появлении шума.
            На автоматику стояли блоки подготовки воздуха с фильтрами и редукторами. И тем не менее мельчайшая пыль проходила ( ибо нет фильтра с 100% фильтрованием) и понемногу изменяла геометрию клапанов и пар «сопло-заслонка». И элемент начинал «петь». Такие элементы и заменялись при профилактике.
            Плюс замена по факту «цветения» плат. Платы — клееный бутерброд с каналами внутри. Со временем они начинают «расслаиваться». Вокруг дорожек начинают появляться разводы. Лечилось прокаливанием в печке при определенной температуре. Если разводы не «схлопывались» — плата в мусор не дожидаясь соединения каналов.
            • +1
              А есть статьи, фото и книги в качестве иллюстрации ваших слов? Уж больно интересные вещи описываете хочется больше подробностей.
              Особенно хочется увидеть платы- составляющие клееного бутерброда. По интернету путешествует пара фотокарточек и по ним толком не понятно что это и от чего.
              • +4
                Да, трудно найти.
                Вот что из самого понятного:
                image
                image
                image

                Конструктивно — нижняя пластина оргстекла с дырками.
                Потом на неё клеится второй слой. В нем фрезеровкой делаются каналы. И дырки.
                И потом клеится верхний слой с дырами.
                Специальным клеем, при нагреве и под давлением в прессе.

                Слоев с каналами может быть и более одного. Бывает что каналы делали на верхней и нижней пластине (внутренняя часть ес-но), а средняя — только дырки)

                Большой плюс — все прозрачно и хорошо видно, что куда едет и подключено.

                Сами их не делал. Сложно на коленке. Если что-то делал сам — простая пластина со сквозными дырами. Нарезка резьбы и установка штуцеров. А далее — пластиковая трубка и тройники. Аналог навесного монтажа.
                • 0
                  Ух ты, такие картинки мне не попадались. А вот панель оператора с блинкерами и тумблерами верху и сотняки трубочек и тройников — встречались, да. Выглядит это довольно эпично
                  • 0
                    А мне в детстве (в 80-е годы) посчастливилось найти такую сборку на свалке. Причем плата из оргстекла, помню, была минимум двухслойной. Элементы были как раз такие, как на фото сверху. Ничего полезного я с ней в те времена сделать не мог, поэтому все разобрал до винтика. Возможно, что-то даже и сохранилось с тех пор :) Теперь благодаря Вашей статье узнал, что же это было такое.
                • +1
                  На КИНЕФ мозги множество установок собраны на УСЭППA (строилось в 1970-е годы). Причем есть довольно сложные, типа ПИД регуляторов, т.е. пневматические интеграторы и диффиренциаторы. В г.Кириши есть (было?) ПТУ где учат на эту хрень слесарей КИПА и там (была?) масса учебной литературы и демо-установок.
              • 0
                Можно неинвазивно снимать данные о потоке в каналах, например ультразвуковым датчиком.
                • 0
                  Судя по этой статье, струйная пневматика без проблем управляет пневматическим шаговым двигателем.
                  Причем на пневмонике реализована и логика, и силовые усилители, никаких мембран и клапанов.
                  • 0
                    Интересно. Надо бцдкт почитать что там и как. Возможно получится заиспользовать)
                • +1
                  А где они используются?
                  • +2
                    Использовались. Химические производства с взрывоопасным средами. Простые, надежные и безопасные системы управления. Пневмоклапана на трубопроводах, приборы с пневмовыходом. И пневматическая система управления.
                    Пример — щит управления. У оператора — пневмотумблеры, пневмозадатчики, измерительные приборы (то-же на пневматике. Электрика — только моторчик привода диаграммы для записи параметра. Хотя были варианты и с пневмомоторчиками). Большой щит с цветными пневмоиндикаторами.
                    Везде чисто пневматика. Регуляторы, логика. Были реализованы достаточно сложные схемы управления и регулирования.
                    • +2
                      В газпроме используются.
                      Газ + окружающий воздух == взрывоопасная среда, а управлять фильтрами, осушающими колоннами и прочими клапанами как-то надо. Вот и управляются пневмоникой.
                      Видел такое во время практики на Аксайской газокомпрессорной станции (это рядом с Ростовом-на-Дону).
                      • 0
                        Таки вы путаете пневматику с пневмоникой. Пневмоника подразумевает использование логических элементов для автоматизации управления, а не просто клапан — труба — привод.
                        Тема забавная, но с появлением БИС стала неактуальной.
                        Вот еще можно на доминошках логические элементы собирать или целый процессор: www.youtube.com/watch?v=OpLU__bhu2w
                      • 0
                        Используется там где присутствует высокая радиация, т.к. там затруднительно использовать цифровую автоматику
                      • 0

                        второй пункт решается рециркуляцией очищенного воздуха, чтоб на ружу он не выходил вовсе, а попадал обратно в компрессор.

                        • +2
                          для УСЭППА достаточно маленького манометра с куском прозрачной пластиковой трубки

                          Бутылочка с мыльной водой незаслуженно забыта.

                          «Электроника — наука о контактах», «пневматика — наука об утечках».
                          • +2
                            Почему? То-же применялась. Но редко. Обычные пневматические схемы малочувствительны к небольшим утечкам. Ибо пневматический элемент имеет достаточно мощный выход. И способен поддерживать нужное давление на выходе при малых утечках.
                        • +4
                          Месье знает толк…
                          • +1
                            Получается, древние греки или римляне вполне могли собрать струйный компьютер.
                            А клепсидра — это тактовый генератор.
                            • +2
                              Без электрического компрессора вряд ли. А вот жидкостный — запросто.
                              Кстати да, пересматриваем «странные рисунки на пирамидах» и видим весьма странные схемы, да.
                              А уж рисунки в пустыне Наска — практически аналог схем из статьи. Надо уфологам тему подкинуть. image
                              Натуральная схема 2ИЛИ-И-2ИЛИ. Работает на силе ветра.
                              /ушел искать уфологов.
                            • +6
                              А еще, ОНО радиационностойкое!
                              • 0

                                И ЭМИ ему нипочём :)
                                Статья классная — реально думал, что все это умерло вместе с гидравлическими аналоговыми вычислителями.
                                Если кто не решается на скачок к пневмонике, а ардуинки надоели, советую покопаться в "феррит-транзисторных ячейках". С военной кафедры помню эпичные темы о сумматорах и умножителях на ФТЯ.

                                • 0

                                  Более того, о пневмонике никогда даже не слышал. Слышал о пневматических логических элементах (наверное, поршневых). Велик Создатель :)

                                • 0
                                  А вот это ещё вопрос — ионизированный воздух с озоном может иметь не расчётные параметры текучести и завихрений. Кстати, вопрос интересный.
                                • +2
                                  Ух ты! Я о таком мечтаю уже лет десять, но дальше мечты дело не доходит, слишком плохо в этом разбираюсь.
                                  Правда, я думал не о компьютере, а о калькуляторе, конкретно – Вильнюс на пневматике собрать. Благо в нём всего полторы сотни элементов, скопировать проще будет.

                                  А насчёт элементов индикации – можно сделать десять сопел по кругу, напротив них поставить вращающееся кольцо с нанесёнными цифрами от 1 до 10, а в кольце сделать ряд лопастей, как в турбине, но направленных в разные стороны – в половине кольца в одну, в половине – в другую. Тогда воздух из сопел будет поворачивать кольцо так, чтобы место схождения разных направлений оказывалось бы напротив работающего сопла.

                                  Да, насчёт счётчиков – казалось бы, если пользоваться 3D принтером, то элементы можно делать не плоскими, а трёхмерными. А с трёхмерным элементом кольцевой счётчик можно сделать не на куче элементов, а всего на одном, чуть большего размера. Что будет большой экономией количества элементов.
                                  • +2
                                    3Д элемент с прилипанием струи к стенке где стенки располагаются по окружности? Да это же новейшее слово в пневмонике! Такое как минимум надо попробовать. Пневмисторные декатроны…
                                    Но на одноголовочном FDM такое сделать имхо очень сложно. Любой провис нити — и канал пойдет лесом. Будет очень много поддержек. Надо из разных материалов печтать, дабы один был смываемым.
                                    ну и плюс — печатая плоские элементы мы распологаем слои вдоль потока воздуха. а печатая 3Д — поперек. Стенка будет ребристой для потока и он будет турбулизироваться. Наверное.

                                    Но надо экспериментировать. Единичный экземляр декатрона вполне можно создать. даже если он не будет работать :)
                                    • 0
                                      Пневмисторные декатроны…

                                      Мсье знает толк в ругательствах ))))))

                                      А вообще -3Д печать многие вещи сделала возможными. Печать пустотелых моделей нужно скорее на металлическом порошке делать, затем прогонять через электрохимическую полировку. Не в домашних условиях, конечно.
                                  • 0
                                    Пневматика зло. Да там все просто и можно сделать на коленке. Но даже элементарная гидравлика на воде рвет пневматику. А если брать на основе масел та одни преимущества. Уровень вхождения конечно повыше, но преимуществ множество.
                                    • 0
                                      Но в гидравлике со струями не очень то поработаешь. Придется делать много поршней и кранов — движущихся деталей, которые надежности не прибывляют.
                                    • 0
                                      А можно агалогично бистабильному сделать тристабильный элемент?
                                      Если еще подумать над применением самосинхронной логики (с кодировкой сигнала — давление есть в одной трубе из трех), то можно обойтись без тактового генератора.
                                      • 0
                                        APLe уже предложил элемент в 3Д нарисовать. Чисто теоретически думаю это вожможно, надо лишь обеспечить нужное число прилипающих стенок и сделать устойчивые границы между ними. На практике мы вероятно упремся в умещении всего этого в довольно малые размеры элемента.
                                        • +6
                                          А Зачем Вам в 3Д? Можно набирать плоскими листами сколь угодно сложные схемы.
                                          Например такой лист:
                                          image

                                          P.S.: Сумеете восстановить исходную логическую схему?
                                          • +3
                                            Никогда еще схемы не были такими красивыми ;)
                                            • +2
                                              Напоминает схему репродуктивной системы Чужого.
                                              • +2
                                                Мне хохлому здорово напомнило.
                                                • 0
                                                  Хохлома как следы древней стимпанковой цивилизации в народном искусстве!
                                                  Любители теорий заговора будут в восторге.
                                            • +1
                                              Да, именно такие листы я и хочу, только скорее всего без связей на листе, для унификации — чтобы сотня листов была одинаковой. Хотя если каждую панель печатать по отдельности, то и так можно.

                                              Видел я эту картинку, только не в таком виде, а на старом чб фото. Теперь можно и логическую схему восстановить. Правда в первом приближении не очень понятно какие каналы тут вход, какие выход, какие в атмосферу, но если оченоь захочется, то можно разобраться.
                                              • 0
                                                Разве подобные элементы можно так переворачивать? Ведь по сути тут логика управления определяется отклонением потока от естественного движения (вниз).
                                                • +2
                                                  Струя воздуха прекрасно работает и вбок и вверх. Хоть на нее и распространяются законы тяготения, в масштабе прилипающей стенки одного элемента это воздействие стремится к нулю. В отличие от струи жидкости.
                                                • +1
                                                  Легко, Тургор )
                                              • +1
                                                в 3д может и 4-стабильный выйти…
                                              • +2
                                                Реквестирую FPGA на струйной логике. Поставляться, очевидно, будет в морских контейнерах ;)
                                              • +1
                                                Эхх, да будет компилятор verilog -> stl для 3D принтера.

                                                В принципе все элементы 2D, отсюда реализация в виде слоеного бутерброда, причем все можно фрезировать/резать лазером из оргстекла и клеить.

                                                По поводу чистоты воздуха — система ДОЛЖНА быть замкнутой, внутри какой угодно чистый воздух. Для выхода из вычислительных модулей делать системы с мембранами — аналог гальванической развязки.
                                                • 0
                                                  Для нормального функционирования выходная струя не должна встречать сопротивления в виде давления приемного резервуара.
                                                  Теоретически можно все выводы подключить к большому приемному накопителю, и поддерживать в нем давление на уровне атмосферного.
                                                  Но, с учетом того, что у каждого элемента как минимум два атмосферных окна, построить блок, со свободным перемещением истекающего воздуха в буферный сосуд может оказаться гораздо сложнее нежели сделать станцию фильтрации необходимой производительности.

                                                  А мембраны будут влиять на струю воздуха. Для пневматики это приемлемо, для пневмисторов — нет.
                                                  • 0
                                                    вакуумизатор на выход и получай даже отрицательное сопротивление.
                                                    Можно всю конструкцию в герметичный бокс упаковать. Хотя лучше тогда несколько повышенное давление поддерживать, чтобы при наличии любых трещинок и прочего не набирать «грязного» воздуха.
                                                    • 0
                                                      А под воздухом какой состав газовой смеси подразумевается? Если система замкнутая, то может заполнить её каким-либо чистым газом с наиболее подходящими для этой задачи характеристиками?
                                                      • 0
                                                        Под воздухом подразумевается окружающий воздух.
                                                        На работу струйного элемента влияет плотнтсть газа. Чем более плотный газ, тем более стабильной является струя.
                                                        • 0
                                                          Есть и другой момент — скорость работы пневмонических устройств ограничена скоростью звука в газовой струе. Если брать менее плотные газы, чем воздух, то можно существенно поднять быстродействие, скорость звука в гелии почти втрое выше, чем в воздухе (при 0 °C и атмосферном давлении).
                                                • +1
                                                  Какой потенциал для сувенирки…
                                                  • +1
                                                    Или для музыкальных инструментов
                                                    • +1
                                                      Надо Мартину Молину идею подкинуть. Для очередной итерации Marble Machine.
                                                      • +1
                                                        Про то как сделать музыкальный инструмент из компьютера я в своем следующем ролике буду говорить через пару недель. Чуть менее безумная идея чем эта, но все равно :)
                                                    • 0
                                                      Интересно, с развитием 3д нанопринтеров эта технология получит второе дыхание или слишком экзотическая?
                                                      • 0
                                                        потрясающая работа, спасибо.
                                                        • +1
                                                          Перед входом компрессора поставь электростатический фильтр. Пыль будет электризоваться и прилипать к стенкам. А потом и HEPA можно. Вместо пара используй ту же смесь что и в вейпах используют. Без температуры, но с паром.
                                                          • 0

                                                            Очень давно читал про пневмокомпьютеры еще в бумажном чтиве.
                                                            Там были немного другие картинки в основном с прямыми линиями и рассказывалось о технологиях гораздо меньшего масштаба, где элементы были размером со считанные миллиметры.
                                                            Система представляла собой лист материала с каналами на не на всю глубину, и собирались они в многослойный бутерброд с переходными отверстиями.
                                                            Рассказывалось о работе станков ЧПУ на таких пневмо-компьютерах. Программу вводили с перфоленты.
                                                            Упоминалось о работе систем управления двигателями ракет, которые работали на рабочем газе двигателя при температурах свыше 15щщ цельсия (сделаны из керамики) и на радиацию им наплевать.

                                                            • 0
                                                              Кстати, пневматический процессор существует
                                                              • 0
                                                                Интересно, а можно сделать сейф на такой логике? Т.е. схема проверяет свое состояние когда дуешь в трубочку. Ну и какие-то энергонезависивые (или потоконезависимые?) элементы нужны, чтобы можно было менять код.
                                                                • 0
                                                                  Флейта пана как устройство ввода.
                                                                  • 0
                                                                    Можно губную гармошку. Она ещё и на вдох работает.
                                                                • –1
                                                                  Почему сначала речь идет о жидкостях а потом плавно переходят к газам, с жидкостями же гораздо удобнее работать!?
                                                                  • 0
                                                                    Возможно скорость работы, инерционность
                                                                    • 0
                                                                      На жидкость сильнее влияет гравитация. Плюс размеры элементов, смачиваемость стенок рабочей стедой и т. д.
                                                                    • 0

                                                                      Если печатать 3D пневмоэлементы не из жесткого материала а, например, из силикона, то добавятся новые возможности: перекрытие каналов за счет их перегиба и сжатия (может даже по принципу сфинктера). Часть элементов может быть раздувающимися. За счет раздувания можно передавливать другие каналы, вытеснять носитель из соседних пузырей. И просто аккумулировать носитель под давлением в микро и макро резервуарах. Похожая система используется в осмотических фильтрах для воды.
                                                                      Использование силиконовых пневмо и гидроэлементов, напечатанных на принтере — первый шаг к органической технологии.

                                                                      • 0
                                                                        У этой техники есть еще одно достоинство: если элементы сделаны из керамики, то рабочая температура может быть очень высокой, плюс радиационная стойкость, плюс перегрузки.
                                                                      • +1
                                                                        Вы забыли про конденсат, который будет появляться в такой системе. И очистку от него. В советской авиации легенды ходят про спирт. Он нужен был чтобы промывать пневмоканалы, в которых постоянно образовывался конденсат.
                                                                        • 0
                                                                          Для удаления воды существуют установки-осушители. Самый общеупотребимый тип — это (упрощённо) две банки с силикагелем, через одну протягивается газ и отдаёт воду силикагелю, а вторая банка в это время стоит на просушке — греется ТЭНом и проветривается потоком воздуха. Когда первая банка перестаёт справляться с осушкой — банки переключаются.
                                                                          Есть ещё всякие грелки-морозилки, но это больше экзотика.
                                                                          Там, где надо МНОГО сухого воздуха, применяют азотные станции. Эта хреновина делает из воздуха азот. Он получается весьма сухой, и на нём и работает вся пневматика. Наблюдал такое на станции регазификации в Астане.
                                                                        • 0
                                                                          Пневмоавтоматика вполне себе жива. В разных мелких установках она есть. Но только там не струйная а обычная.
                                                                          • 0
                                                                            Да, как я сказал, пневмоавтоматика вполне себе жива, но у меня нет примеров их применения.
                                                                            А вот применимость пневмоники…
                                                                            • 0
                                                                              Примеров применения чистой пневмоавтоматики в производстве полно. Небольшие пресса, подъёмно-транспортные механизмы и везде где не выгодно применять электрику. (во всякой мелком оборудовании)

                                                                              Пневмонику даже не знаю… Мне кажется, даже в 70-х годах смысла применять особо не было.
                                                                          • 0
                                                                            Слушайте, парни, а неужели при современных технологиях до сих пор невозможно построить систему автоматики для того же Газпрома, чтобы не искрила? Ну например залить ее всю компаундом или в масло опустить — и логику всю на них считать, а уже управляющие сигналы для оконечных устройств выводить наружу через ту же гидравлику или тупо шестеренками какими-нить? Неужто проще городить всю эту восхитительную, но безумно муторную, гидравлику?
                                                                            • 0
                                                                              Статика. Везде, где есть электрика будет возникать наводки.
                                                                              • 0
                                                                                Движение воздуха создаёт ещё большую статику. Например пластиковую трубу стружкососа-пылесоса желательно заземлять.
                                                                              • +1
                                                                                Всё есть. Есть такой класс устройств — взрывозащищённое оборудование. Там есть подклассы по типу защиты — искробезопасная цепь (Exi) — это то, о чём Вы говорите. Там ОЧЕНЬ много требований к энергии, хранимой и коммутируемой внутри устройства. И право издеваться над устройством как угодно (замыкать любые с любыми выводы в любых комбинациях, разрывать и замыкать дорожки, элементы и прочее).
                                                                                А ещё есть взрывонепроницаемая оболочка (Exd) — суть в том, что энергия взрыва внутри корпуса устройства поглощается этим самым корпусом, и наружу вырывается уже сравнительно «холодный» поток газа, неспособный поджечь окружающий газ.
                                                                                Есть у меня в загашничке занимательное видео на тему того, что будет, если вдруг требования стандартов по данному виду защиты будут нарушены.

                                                                                А ещё есть «заливка компаундом» (Exm) — соответственно, заливка. Наружу торчат только защищённые цепи, неспособные вызвать искру, достаточную для поджигания газовоздушной смеси.
                                                                                А ещё есть засыпка кварцем(Exq), продувка газом(Exp), заливка маслом(Exo)… Целая серия стандартов, можно ознакомиться — ГОСТ Р 30852 (там куча частей под разные виды защиты)
                                                                                • 0
                                                                                  Вы главного не сказали — взрывозащищищенное оборудование стоит на порядок (иногда на два) дороже. Дорогие кабельные линии, проходки через стены, дорогой монтаж.
                                                                              • 0
                                                                                прикольно, а такой эффект наблюдается для сверхтекучести например жидкий гелий? тогда он в сочетании с наноструктурой например каналы в углеродистых трубках будет интересным направлением
                                                                                • 0
                                                                                  Боюсь без поддержки со стороны какой-нибудь лаборатории криогенных температур я таких экспериментов не осуществлю)
                                                                                • +1
                                                                                  А как у этих элементов с надежностью? Расчет есть? Может быть при определенном количестве элементов компьютер просто перестанет работать из за сбоев.
                                                                                  • 0
                                                                                    Лично я без понятия. Информации об этом мне не попадалось. Но книги утверждают о достаточной надежности:)
                                                                                    В том и интерес проверить поэкспериментировать.
                                                                                  • 0
                                                                                    Элементы струйной автоматики вещь интересная, но специалистов в этой сфере очень мало, к сожалению. И практически нет информации по разработке пневматических устройств. Что и для чего применяется, какие используются «финты» и для какой цели.
                                                                                    Вот, например, с виду обычный усилитель:

                                                                                    Кто может сходу сказать, для чего применяются элементы 1,2, и, в особенности, 3?
                                                                                    • 0
                                                                                      Импортозамещение?
                                                                                      • 0
                                                                                        Уважаемый автор, не поделитесь ли упоминавшимся альбомом с элементами пневматических схем?

                                                                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                      Самое читаемое