氣動系統(tǒng)課程設(shè)計項目匯報

動作要求

本加料裝置具有自動與手動兩種加料方式。自動加料時，吊車把物料運到加料裝置上方，并壓下啟動發(fā)信器，于是頂鐘ZA開啟卸料于兩鐘之間，經(jīng)延時發(fā)訊，使頂鐘關(guān)閉而底鐘打開，卸料到爐內(nèi)，再延時待卸料完后底鐘關(guān)閉，循環(huán)結(jié)束。料鐘開或閉一次的時間均為t≤6s，缸行程S均為600mm，氣缸活塞平均速度v=S/t=100mm/s=0.1m/s，行程末端不許有沖擊。動作時，頂部料鐘和底部料鐘被打開時所需克服的阻力（包括配種的阻力在內(nèi)）分別為FZA≤5.10×103N和FZb≤2.10×104N；兩料鐘的關(guān)閉和氣缸的復(fù)位靠配種實現(xiàn)。兩料鐘的關(guān)閉動作必須連鎖，可全部關(guān)閉但不許同時打開。工作環(huán)境

環(huán)境多灰塵，溫度30~40℃。鼓風(fēng)爐氣動加料裝置示意圖

下圖中，ZA、ZB分別為鼓風(fēng)爐上、下部兩個料鐘（頂料鐘、底料鐘），WA、WB分別為頂、底料鐘的配重，料鐘平時均處于關(guān)閉狀態(tài)。圖中A與B分別為操縱頂、底兩個料鐘開、閉的氣缸。

擬定系統(tǒng)原理圖

根據(jù)裝置所在的工作環(huán)境和系統(tǒng)的動作要求，考慮用氣控行程順序控制方式，為此：列出氣動執(zhí)行元件的動作程序及程序循環(huán)圖：畫X-D狀態(tài)線圖

為消除由a0信號線長于其所控制的B0動作線引起的障礙，采用單記憶邏輯元件K,使實際執(zhí)行信號變?yōu)閍0*（B0）=K

。畫邏輯原理圖

為實現(xiàn)手動、自動兩種控制方式，圖中增設(shè)了手動信號發(fā)生器S。畫氣動系統(tǒng)原理圖

回路中YA1和YA2為延時換向閥（常斷延時接通型），由其延時推動主控閥QFA和QFB動作。兩缸的動作由QFA和QFB控制，配種在汽缸返程中起作用。自動：加料吊車放罐壓啟動發(fā)信器x0手動：按手動信號發(fā)生器S頂鐘開頂鐘閉底鐘開底鐘閉延時延時A1A0B0B0x0a1a0b0延時延時X-D狀態(tài)線圖氣動控制邏輯原理圖加料裝置氣動原理圖

系統(tǒng)壓力和執(zhí)行元件類型

本系統(tǒng)為一般的氣動系統(tǒng)，故選系統(tǒng)壓力為0.4Mpa。執(zhí)行元件用氣缸，但由于爐體結(jié)構(gòu)所限，料鐘中心線上下不便安裝；料鐘開閉行程較小及安全性要求，擬采用尾部單耳環(huán)支撐單桿雙作用氣缸，并用配種和擺動機構(gòu)傳動和封閉料鐘。為實現(xiàn)料鐘的平穩(wěn)開閉，宜采用緩沖式氣缸。

執(zhí)行元件主要規(guī)格的確定

(1)內(nèi)徑D

頂鐘氣缸DA，由式（5-5），取ηF=0.7，則

底鐘氣缸DB，因結(jié)構(gòu)布置限制,采用內(nèi)縮為工作行程（示意圖b）,

進(jìn)氣腔為有桿腔。此時

DB=φφ=

DA==0.152m

φ取值一般為1.01~1.09，今因缸徑較大，取較小Φ=1.03則

DB=1.03=0.318m(2)行程S：據(jù)動作要求并考慮兩端余量取標(biāo)準(zhǔn)S=600mm。查氣動執(zhí)行元件樣本，取用JB系列緩沖氣缸，其中頂鐘氣缸為JB160×600-S；底鐘氣缸為JB320×600-S（活塞桿直徑為φ90）。系統(tǒng)耗氣量計算

在設(shè)備的一個工作周期內(nèi)，由壓縮空氣推動活塞并打開料鐘的單行程次數(shù)缸A和缸B各為一次（回程靠配種不消耗壓縮空氣），故兩缸的壓縮空氣耗量為qVA=

D2=(3.14×0.162×0.6)/4×6×0.9=2.23×10-3m3/s

=(3.14×(0.322-0.092)×0.6)/4×6×0.9=2.23×10-3m3/s

(D2-d2)

qVB=

式中：qVA

、qVB為A缸、B缸工作行程中的壓縮空氣耗量（m3/s）；tA、tB為氣缸A、B單行程時間（s）；ηV為氣缸的容積效率，取ηV=0.9。

兩缸的自由空氣耗量qZA、qZB為

qZA=（2.23×10-3×（0.4-0.1013））/0.1013=11.04×10-3m3/s

qZB=（8.23×10-3×（0.4+0.1013））/0.1013=40.73×10-3m3/s

整個系統(tǒng)（一臺設(shè)備）在一個工作周期內(nèi)的平均自由空氣耗氣量=12.94×10-3m3/s

=qZ=

選擇控制元件

主控?fù)Q向閥：QFA采用23JQb-L15，該閥通徑φ15mm，其額定流量為10m3/h＞2.23×10-3m3/s；QFB采用23JQb-L25，該閥通徑φ25mm，其額定流量為30m3/h＞8.23×10-3m3/s。以上兩閥均為截止式、雙氣控、管接式換向閥。氣缸裝配圖

其他用于對主換向閥控制的各類閥，采用φ3~φ6mm通徑的相應(yīng)類型的氣閥，詳述如下：行程發(fā)訊器x0：選用可通過式行程閥23JC4-L3；行程發(fā)訊器a0、a1、b0：均選用杠桿滾輪式行程閥23JC3-L3；單記憶邏輯閥QF1：因無兩位三通雙氣控閥，故以二位五通雙氣控閥25Q2-L6代用；梭閥QF2：選用S-L3；手動發(fā)訊器S：選用二位三通手動推拉式氣閥23JR5-L3；手動氣開關(guān)a：選用二位三通手動按式氣閥23JR1-L3。選擇氣動輔件

減壓閥和其他輔件考慮兩套系統(tǒng)用兩套氣源處理（減壓閥）輔助元件，同時因每套系統(tǒng)中A、B兩缸具有連鎖動作的特點，系統(tǒng)流量消耗的最大值等于B缸的平均流量qvB=8.23×10-3m3/s=29.6m3/h，故選用QTY-25減壓閥（通徑φ25mm）和QSL-25型分水濾氣器、QIU-25型油霧器。在兩只主控閥和氣缸排氣口，分別配以KXY-15和KXY-25型消聲器。如孔口螺紋尺寸和消聲器不相配，應(yīng)考慮制造過度接頭。實際連接所用氣動元件兩個緩沖式氣缸三個雙氣控式二位五通換向閥兩個延時閥四個行程開關(guān)(一個可通過式，三個杠桿滾輪式）一個梭閥兩個開關(guān)（一個按鈕式，一個旋鈕式）兩個節(jié)流閥氣動控制回路接線圖A缸B缸行程開關(guān)X0手動開關(guān)在設(shè)計的氣動回路基礎(chǔ)上，為對系統(tǒng)有一個整體上的認(rèn)識，設(shè)計項目的實驗方案。根據(jù)實驗室條件和課程設(shè)計項目的性質(zhì)，本項目制定了兩種深一步的實驗方案。采用繼電器控制和PLC控制來實現(xiàn)系統(tǒng)的動作效果。通過繼電器控制，了解繼電器之間的互鎖和信號之間障礙的排除，加深對電氣系統(tǒng)在實際上應(yīng)用的認(rèn)識。通過PLC系統(tǒng)的搭接和程序的編寫，了解力士樂PLC實驗臺的應(yīng)用以及工程上自動控制的優(yōu)越性。電氣控制工作原理初始狀態(tài)：加料裝置上、下口關(guān)閉（即A缸縮回壓下行程開關(guān)a0，B缸伸出壓下行程開關(guān)b1)SB：手動加料開始按鈕SB0：急停按鈕，加料過程中若出現(xiàn)問題按下此按鈕，上、下口立刻關(guān)閉行程開關(guān)X0：來料小車到位所觸發(fā)的自動開關(guān)電氣控制原理圖接下頁延時斷開觸點斷開手動按下SB（來料小車自動壓下X0）KA1線圈得電并自鎖動合觸點合上動斷觸點斷開YA1線圈得電KA4線圈得電閥Ⅰ右位工作，A缸伸出（上口打開）壓下行程開關(guān)a1KT線圈得電并延時延時ts加料閥Ⅱ左位工作，B缸退回（下口打開）KT1線圈失電壓下行程開關(guān)a0KA3線圈得電動合觸點合上YA2線圈得電KA1線圈失電動斷觸點閉合動合觸點斷開YA1線圈失電閥Ⅰ在彈簧作用下回到右位工作，A缸退回（上口關(guān)閉）接上頁KA1線圈得電并自鎖動斷觸點斷開KA3線圈失電回到初始狀態(tài)壓下行程開關(guān)b0KA2線圈得電并自鎖動合觸點合上KT2線圈得電延時ts出料延時斷開觸點斷開YA2線圈失電閥Ⅱ在彈簧作用下回到右位工作，B缸伸出（下口關(guān)閉）壓下行程開關(guān)b1搭接時所用電氣和氣動元件兩個時間繼電器五個中間繼電器三個開關(guān)兩個緩沖式氣缸兩個電磁換向閥兩個節(jié)流閥一個行程開關(guān)電氣控制回路接線圖閥ⅡA缸閥ⅠB缸行程開關(guān)X0PLC控制的設(shè)計在深入了解和分析鼓風(fēng)爐鐘罩式加料裝置氣動系統(tǒng)的動作要求和控制要求后，制定PLC程序編寫的初步規(guī)劃。在深入了解PLC控制的硬件和軟件后，制定本項目的相應(yīng)硬件接口和軟件編程方法。分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表及輸入輸出端子的接線圖。輸入輸出端的接線圖

PLC控制線路接線圖輸入端口輸出端口B缸A缸I/O分配表打開應(yīng)用程序選擇文件---新建----工程將IndraLogicL20DP的模塊拖到新建的工程中（如下圖）依次出現(xiàn)如下對話框接下頁點擊新建，選擇圖示設(shè)備接上頁將圖示IP地址改為192.168.1.10接上頁點擊結(jié)束，完成打開L20-DP,打開logic選擇LD梯形圖定義步的名稱，進(jìn)行編程PLC編程過程中的分步PLC程序綜合比較通過繼電器和PLC控制系統(tǒng)回路的設(shè)計和搭接實驗，了解了二者的應(yīng)用領(lǐng)域和部分優(yōu)缺點，加上最初設(shè)計的純氣動控制回路，對三者有一個綜合的認(rèn)識和比較。由于項目為雙缸往復(fù)運動控制系統(tǒng)，其中存在動作信號之間的干擾與障礙，需要在控制系統(tǒng)中進(jìn)行信號障礙之間的消除。通過純氣動控制、繼電器控制和PLC控制三種控制方案的實施，對各控制系統(tǒng)的應(yīng)用有較為直觀的了解。氣動控制系統(tǒng)實施穩(wěn)定，系統(tǒng)的控制和走向較為明確，容易理解，氣動控制也易應(yīng)用于工程，對實際方面的系統(tǒng)有較為直觀的認(rèn)識。繼電器控制系統(tǒng)可實現(xiàn)行程上的自動控制，易于實現(xiàn)自動化，但其穩(wěn)定性較差，容易產(chǎn)生信號之間的錯亂，當(dāng)存在較多障礙時回路設(shè)計較為復(fù)雜。PLC控制系統(tǒng)是針對日益強大的自動化方向設(shè)置的較現(xiàn)代的控制方法。其可靠性高、抗干擾力強，另外，其系統(tǒng)適用性較強，功能完善，易學(xué)易懂。結(jié)論

本課題以氣動控制系統(tǒng)、可編程控制器為核心，利用其強大的控制功能，實現(xiàn)了基于PLC的氣動鉆床控制系統(tǒng)。它具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當(dāng)氣動鉆床的功能需要增加時，硬件接線上只需要增加行程開關(guān)輸入信號。原來的接線不需要改變，軟件上只需要增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，其操作相對于傳統(tǒng)的方式有了很大的改善。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、精確性和可靠性方面，到達(dá)到了設(shè)計的要求，表明該設(shè)計方案是