氣動(dòng)行程程序控制回路設(shè)計(jì)

7.氣動(dòng)行程程序控制回路設(shè)計(jì)7.1概述

程序控制(簡(jiǎn)稱程控)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化廣泛采用的一種控制方法。程序控制可分為行程程序控制和時(shí)間程序控制兩大類。根據(jù)要求也有采用行程與時(shí)間混合程序控制的。127．1．1常用的符號(hào)規(guī)定

1、用大寫字母A、B、C等表示氣缸,用下標(biāo)“1”與“0”表示氣缸活塞桿的兩種不同的狀態(tài)，如A1表示氣缸A活塞桿伸出狀態(tài)，B0表示氣缸B活塞桿的收回狀態(tài)。

2、用帶下標(biāo)的小寫字母a1、a0、b1、b0等分別麥?zhǔn)九c動(dòng)作A1、A0、B1、B0等相對(duì)應(yīng)的行程閥和其輸出信號(hào)。如a1對(duì)應(yīng)于缸A活塞桿伸出終端位置的行程閥和其輸出的信號(hào)，b0對(duì)應(yīng)于缸B活塞桿收回終端位置的行程閥和輸出的信號(hào)。

33、右上角帶*號(hào)的信號(hào)稱其為執(zhí)行信號(hào)，如表示使氣缸A活塞桿伸出狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)）所需的主控信號(hào)、A*0表示使氣缸A活塞桿收回狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)）所需的主控信號(hào)等，而把不帶*號(hào)的信號(hào)叫做原始信號(hào)。如a1、a0、b1、b0等。

47．1．2行程程序的表示法

5設(shè)：送(退)料缸為A缸,頂緊(退)缸為B缸，鉆進(jìn)(退)缸為C缸，則上述程序可表示為：6上述程序還可進(jìn)一步簡(jiǎn)化表示為：

單往復(fù)程序：在程序中，每個(gè)缸只完成一次往復(fù)動(dòng)作；多往復(fù)程序：在程序中，至少有一個(gè)缸完成兩次以上往復(fù)動(dòng)作。

77．1．3障礙信號(hào)

在已知行程程序之后，設(shè)計(jì)氣動(dòng)線路時(shí)是不是只要按行程程序，把前一動(dòng)作送出的原始信號(hào)直接接到下一步動(dòng)作的主控閥的控制口上即可以了呢？

例1：已知行程程序，按上述簡(jiǎn)單原則連接的線路如下：

8

分析這個(gè)線路，它能正常工作。

9例2：已知行程程序，按上述簡(jiǎn)單原則連接的線路如下：

分析這個(gè)線路，它不能正常工作。

10例3：已知行程程序，分析這個(gè)程序可見(jiàn)該程序存在以下兩個(gè)問(wèn)題：

（1）對(duì)于同一個(gè)動(dòng)作B1其在第二步時(shí)，是由原始信號(hào)a1控制的；而在第四步時(shí)，是由原始信號(hào)b0控制的。

（2）對(duì)于同一原始信號(hào)b0，其在第三步后是控制動(dòng)作B1；而在第五步后是控制動(dòng)作A0。

11從以上三例可看出：如果把原始信號(hào)按程序直接接到主控閥的控制端上，一般會(huì)產(chǎn)生三種情況（用邏輯符號(hào)表示主控閥）：

①希望有A1輸出，主控閥僅有x輸入，從而能正常工作。

所以，只是按上述簡(jiǎn)單原則連接線路顯然是不能滿足要求了。

122、希望有A1輸出，但主控閥有兩個(gè)輸入x、y，從而不能正常工作。我們稱y為x的I型障礙。

3、希望有A1輸出，主控閥僅有y輸入，使A0有輸出，從而產(chǎn)生誤動(dòng)作。我們稱y為II型障礙。

13總之，I型障礙、II型障礙的實(shí)質(zhì)就是存在著和程序要求的主控閥輸出信號(hào)x相矛盾的輸出控制信號(hào)y。只有剔除其影響（消障）后的信號(hào)才能作為執(zhí)行信號(hào)，控制主控閥切換，使程序按預(yù)定要求工作。

那么，對(duì)于任一程序，其是否有障礙信號(hào)存在？在那里有障礙信號(hào)？有了障礙信號(hào)應(yīng)怎樣消除？這就是回路設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。

147．1．4設(shè)計(jì)步驟

(1)列出動(dòng)作順序，畫出工作行程程序圖；(2)畫出X-D線圖；(3)找出障礙，消除障礙；(4)畫出邏輯原理圖；(5)畫出氣動(dòng)回路圖。

157．2判別障礙——X-D(信號(hào)-動(dòng)作)線圖法

7．2．1X-D線圖的繪制

1）畫X-D線方格圖

畫方格圖，并在方格圖中填上行程程序號(hào)、程序及信號(hào)。

實(shí)質(zhì)上，X-D線圖的橫坐標(biāo)是工作行程程序的節(jié)拍，各動(dòng)作以縱線隔開，每根縱線是程序的切換線，也是信號(hào)的切換線。

16172）畫動(dòng)作線

一般動(dòng)作線用粗實(shí)線畫，且畫在每一橫格內(nèi)下方。

對(duì)于每一動(dòng)作，其動(dòng)作線從以它命名的行程開始畫起，到該動(dòng)作的反動(dòng)作開始之前結(jié)束。

18193）畫信號(hào)線

一般信號(hào)線用細(xì)實(shí)線畫，且畫在每一橫格內(nèi)上方。

信號(hào)線的起點(diǎn)：與同一橫格內(nèi)的動(dòng)作線起點(diǎn)相同，用“○”表示。

信號(hào)線的終點(diǎn)：在上一組中產(chǎn)生該信號(hào)的動(dòng)作的反動(dòng)作開始之處，用“×”表示。

特殊情況：脈沖信號(hào)用“⊕”表示。

20217．2．2判別障礙

1）信號(hào)線比動(dòng)作線短

此時(shí),無(wú)障礙,原始信號(hào)即可作為主控信號(hào)。

2）信號(hào)線比動(dòng)作線長(zhǎng)

信號(hào)線比動(dòng)作線長(zhǎng)其長(zhǎng)出部分就是障礙信號(hào)段，用“～～～”表示。設(shè)計(jì)時(shí)，必須把有障礙的信號(hào)段消除掉，使其變?yōu)闊o(wú)障的信號(hào)，然后再用它去控制主控閥。

22實(shí)際上，考慮到閥的切換及氣缸的啟動(dòng)等的傳遞時(shí)間，信號(hào)線的起點(diǎn)應(yīng)超前它所控制的動(dòng)作的起點(diǎn)，而終點(diǎn)應(yīng)滯后與產(chǎn)生該信號(hào)動(dòng)作線的終點(diǎn)。若在X-D圖中反映這種情況，則要求信號(hào)線的起點(diǎn)與終點(diǎn)都應(yīng)伸出分界線，這時(shí)產(chǎn)生的障礙信號(hào)叫“滯消障礙”。但因這個(gè)“障礙”維持時(shí)間很短，除特殊情況外，一般不予考慮，可視為無(wú)障信號(hào)。

3）信號(hào)線與動(dòng)作線等長(zhǎng)

23247．3消除障礙

I型障礙信號(hào)的產(chǎn)生是因?yàn)榭刂菩盘?hào)線比其所控制的動(dòng)作線長(zhǎng)，排除I型障礙的實(shí)質(zhì)就是縮短控制信號(hào)存在的時(shí)間，使長(zhǎng)信號(hào)變?yōu)槎绦盘?hào)(信號(hào)線最長(zhǎng)等于它所控制的動(dòng)作線)。7．3．1脈沖信號(hào)法排障

此法就是將有障礙的原始信號(hào)變成脈沖信號(hào)。

251）采用機(jī)械活絡(luò)擋鐵或可通過(guò)式行程閥

用此方法不可把行程閥裝在行程的末端，而應(yīng)留一段距離，以便擋鐵或凸輪能通過(guò)。所以此法不能用行程閥限制氣缸的行程。26上述方法排除障礙簡(jiǎn)單易行，可節(jié)省氣動(dòng)元件及管路，適用于定位精度要求不高，活塞運(yùn)動(dòng)速度不太大的場(chǎng)合。

272）采用脈沖閥或脈沖形成回路排除I型障礙

上述方法適用于定位精度要求較高的場(chǎng)合。

287．3．2邏輯回路法排障,寫主控信號(hào)邏輯式

1）邏輯“與”排除障礙

為了排除某有障礙信號(hào)m的障礙信號(hào)段,需另外引入一個(gè)輔助信號(hào)(也稱制約信號(hào))x和m相“與”而得到無(wú)障礙的派生信號(hào)m*。邏輯“與”消障障礙的表達(dá)式為：式中，m——有障礙的信號(hào)，

x——制約信號(hào)(排除障礙的輔助信號(hào))。

29因m*在m信號(hào)有障礙之前已經(jīng)結(jié)束，所以m*是無(wú)障礙的執(zhí)行信號(hào)。

30選擇制約信號(hào)x的原則是：使x在障礙信號(hào)m的執(zhí)行段存在，在m的障礙段不存在，即制約信號(hào)x的起點(diǎn)應(yīng)選在有障信號(hào)m開始之前及m障礙段之后范圍中；x的終點(diǎn)應(yīng)選在障礙信號(hào)m的無(wú)障礙段中。

31322）邏輯“禁”排除障礙

為了排除某有障礙信號(hào)m的障礙信號(hào)段，需另外引入一個(gè)輔助信號(hào)(也稱制約信號(hào))x的反信號(hào)和m相與而得到無(wú)障礙的派生信號(hào)m*。邏輯“禁”消障障礙的表達(dá)式為：

選擇制約信號(hào)x的原則是：使x在m的障礙段存在，即制約信號(hào)x的起點(diǎn)應(yīng)選在有障信號(hào)m執(zhí)行段之后，m的障礙段之前；x的終點(diǎn)應(yīng)選在障礙信號(hào)m的障礙段之后，m的起點(diǎn)之前。

33343）用中間記憶元件排障

35若在信號(hào)動(dòng)作線上找不到直接可用來(lái)作制約信號(hào)的信號(hào)時(shí)，可采用中間記憶元件排障。即用中間記憶元件的輸出信號(hào)作制約信號(hào)和有障礙的信號(hào)m

相“與”排除掉m中的障礙段。其消障表達(dá)式為：

式中，m——有障礙的信號(hào)；

m*——排障后的執(zhí)行信號(hào)；

——中間記憶元件(輔助元件)輸出信號(hào)；

36t、d——分別為記憶閥K的兩個(gè)控制信號(hào)。從X-D狀態(tài)圖上看，t與d二者不能相重合。t——使K閥通(置“1”)的信號(hào),其起點(diǎn)應(yīng)選在m的無(wú)障礙段之前,有障礙段之后或與m同時(shí),其終點(diǎn)應(yīng)在t起點(diǎn)至m的無(wú)障段之中這段范圍內(nèi)。d——使K閥斷（置“0”）的信號(hào)，其起點(diǎn)應(yīng)選在m信號(hào)起點(diǎn)之后到障礙段之前，其終點(diǎn)應(yīng)選在t起點(diǎn)之前。377.3.3中間記憶元件數(shù)量的確定及布置方法

1）連續(xù)一次住復(fù)次數(shù)的確定

38在氣缸動(dòng)作狀態(tài)程序式中，若相鄰字母相同而角標(biāo)狀態(tài)相反，則稱為連續(xù)一次往復(fù)。

連續(xù)一次往復(fù)總次缸由下式確定：

式中,

W1——單個(gè)氣缸連續(xù)—次往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)；

W2——兩個(gè)氣缸連續(xù)—次往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)；

Wi——i個(gè)氣缸：連續(xù)一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)；39r——計(jì)算氣缸數(shù),對(duì)單往復(fù)系統(tǒng),r=n-1,對(duì)于多往復(fù)系統(tǒng),r=n

；n——程序式中氣缸數(shù)。

例:

試計(jì)算程序式的連續(xù)一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的總次數(shù)。

解:單往復(fù)系統(tǒng),氣缸數(shù)n=5,計(jì)算氣缸數(shù)r=5-1=4,單缸連續(xù)一次往復(fù)有D1︱D0、E1︱E0,所以W1=2；因無(wú)雙缸連續(xù)一次往復(fù),所以W2=0；三缸連續(xù)一次往復(fù)有A1B0C0︱A0B1C1,因相鄰的三個(gè)字母相同而角標(biāo)狀態(tài)相反,所以W3=1；因無(wú)四缸連續(xù)一次往復(fù)，則W4=0。

40連續(xù)一次往復(fù)總次數(shù)W=W1+W2+W3+W4=2+0+1+0=3

注：當(dāng)連續(xù)一次往復(fù)的劃分方法不止一種時(shí),只能任取一種。否則將使控制回路復(fù)雜化。

例：在多往復(fù)程序式[A1B1A0B0C1B1C0B0]中,有三個(gè)氣缸,n=3,則計(jì)算氣缸數(shù)r=n=3,W1=0,W3=0,雙缸往復(fù)有兩種分法,分別記為A1B1︱A0B0、C1B1︱C0B0和B0A1︱B1A0、B0C1︱B1C0。上述兩種分法結(jié)果相同都是W2=2,而不能寫為W2=2+2=4

。

41中間記憶元件數(shù)可由下式計(jì)算：

式中，j——中間記憶元件數(shù)；

Zhs——表示只取整數(shù)部分，小數(shù)部分均舍去，如果W=0，—般不需加中間記憶元件。

例：確定程序[A1B1B0B1B0B1B0A0]所需中間記憶元件數(shù)。

2）中間記憶元件敷量的確定

42解：∵W=6，∴

故需有3個(gè)記憶元件。

3）在X-D線圖中中間記憶元件的布置方法

為使主控信號(hào)邏輯表達(dá)式簡(jiǎn)化，中間記憶元件可按下方式進(jìn)行布置。

（1）按連續(xù)一次往復(fù)動(dòng)作分界線布置

43（2）按階梯形式布置

444546477．4繪制邏輯原理圖

7．4．1氣動(dòng)邏輯原理圖的基本組成及符號(hào)

①邏輯原理圖主要是用“是”、“或”、“與”、“非”、“記憶”等邏輯符號(hào)組成；

②執(zhí)行元件的輸出,由主控閥的輸出表示；因?yàn)橹骺亻y常具有記憶能力，因而可用邏輯記憶元件符號(hào)表示；

487．4．2氣動(dòng)邏輯原理圖的畫法

①把系統(tǒng)中每個(gè)執(zhí)行元件的兩種狀態(tài)與主控閥連后，自上而下一個(gè)個(gè)地畫在圖的右側(cè)。

②把發(fā)信號(hào)器(如行程閥)大致對(duì)應(yīng)其所控制元件，一個(gè)個(gè)地列于圖的左側(cè)。

③行程發(fā)信號(hào)裝置主要是行程閥。這些符號(hào)加上小方框表示各種原始信號(hào)，而在小方框上方畫相應(yīng)的符號(hào)者表示為各種手動(dòng)閥；

49注：所畫行程閥上下順序并無(wú)嚴(yán)格要求。但應(yīng)注意：①盡量使被控狀態(tài)與相應(yīng)信號(hào)在相近的橫行上，這樣可以減少信號(hào)連接線的相互交叉。②要正確反映各執(zhí)行信號(hào)的邏輯關(guān)系。

③在圖上要反映出執(zhí)行信號(hào)邏輯表達(dá)式中的邏輯符號(hào)之間的關(guān)系。并畫出為操作需要而增加的閥(如啟動(dòng)閥)。

50517．5繪制氣動(dòng)回路圖

7．5．1氣動(dòng)回路原理圖的表示方法

1）直觀習(xí)慣畫法

把系統(tǒng)中全部執(zhí)行元件(如氣缸、氣馬達(dá)等)水平或垂直排列，在執(zhí)行元件的下面或左側(cè)畫上相對(duì)應(yīng)的主控閥；而把行程閥直觀地畫在各氣缸活塞桿伸縮狀態(tài)對(duì)應(yīng)的水平位置上。

2）仿邏輯原理圖畫法

52其畫法特點(diǎn)是執(zhí)行元件，行程閥，主控閥的布置仿照邏輯原理圖的布置。各執(zhí)行元件(缸)由上至下平行的排列在右邊，主控閥放在相應(yīng)氣缸的左下方，活塞桿伸縮兩端點(diǎn)位置標(biāo)出相應(yīng)行程閥的符號(hào)。各行程閥大致排列在左邊。

比較上述兩種回路可以看出：直觀習(xí)慣畫法比較直觀，但接線規(guī)律性整，交叉點(diǎn)多，仿邏輯原理圖畫法接線規(guī)律性較明顯，連線較少，但直觀性差。

7．5．2氣動(dòng)回路原理圖的繪制

531、要根據(jù)具體情況而選用氣閥，邏輯元件或射流元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常氣閥及執(zhí)行元件圖形符號(hào)要按液壓，氣動(dòng)國(guó)標(biāo)表示。

2、一般規(guī)定工作程序圖的最后程序終了時(shí)刻做為氣動(dòng)回路的初始位置(靜止位置)，因此回路原理圖上行程閥等的供氣及進(jìn)出口連接位置，應(yīng)案回路初始靜止位置的狀態(tài)連接。

3、控制回路的連接一般用虛線表示，對(duì)較復(fù)雜的氣控系統(tǒng)為防止連線過(guò)了亂，建議用細(xì)實(shí)線代替虛線。

544、“與”、“或”、“非”，“記憶”等邏輯關(guān)系的連接，可按基本邏輯回路選取。相“與”的符號(hào)在回路上常用兩個(gè)閥“串接”的方式，行程閥或啟動(dòng)閥常采用二位三通閥，有時(shí)需要“非”的信號(hào)也可用二位五通閥。

5、繪制回路原理圖時(shí)，應(yīng)在圖上寫出工作程序?qū)Σ僮鞲蟮奈淖终f(shuō)明。

7．5．3回路的簡(jiǎn)化及其它要求

1、回路的簡(jiǎn)化方法

55（1）用單控閥代替雙控制閥

它適用于信號(hào)線與動(dòng)作線等長(zhǎng)的情況。簡(jiǎn)化后的回路節(jié)省了管路，也省去復(fù)位信號(hào)或行程閥。

56（2）用“禁門”回路及差壓閥

57一般由信號(hào)t、d先后去控制主閥時(shí)為消除t的障礙信號(hào)，常常要引入一個(gè)中間記憶元件(如二位三通閥)，使t消障后在控制主閥，但采用“禁門”回路，使t的氣源來(lái)自d。當(dāng)d有輸出時(shí)t就無(wú)輸出，消除了t的障礙。從而省去了消除障礙的中間記憶元件。若用差壓閥就更簡(jiǎn)單了。

（3）用閥的合并法

如果需要“非”的信號(hào)時(shí)，可用一個(gè)二位五通閥代替兩個(gè)二位三通閥。

58使用時(shí)需注意：被代替的二位三通閥(如輔助閥或主控閥)兩個(gè)控制信號(hào)需互相無(wú)(即)。簡(jiǎn)化后的回路節(jié)省了元件。但是，把主控閥取消用行程閥代替時(shí)，只適用于控制小氣缸的場(chǎng)合，因行程閥的流量小。59602、對(duì)回路其它要求的設(shè)計(jì)

（1）回路的復(fù)位及啟動(dòng)

在閉合行程程序中，用手動(dòng)閥來(lái)接通或關(guān)斷最后一個(gè)程序到第一個(gè)程序的連線，可實(shí)現(xiàn)回路的啟動(dòng)或停車(不是中途停車)，若要求在任意位置上停車，一般可用切斷元件主閥氣源的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

61（2）手動(dòng)及自動(dòng)操作

①