气动系统课程设计项目汇报

动作要求

本加料装置具有自动与手动两种加料方式。自动加料时，吊车把物料运到加料装置上方，并压下启动发信器，于是顶钟ZA开启卸料于两钟之间，经延时发讯，使顶钟关闭而底钟打开，卸料到炉内，再延时待卸料完后底钟关闭，循环结束。料钟开或闭一次的时间均为t≤6s，缸行程S均为600mm，气缸活塞平均速度v=S/t=100mm/s=0.1m/s，行程末端不许有冲击。动作时，顶部料钟和底部料钟被打开时所需克服的阻力（包括配种的阻力在内）分别为FZA≤5.10×103N和FZb≤2.10×104N；两料钟的关闭和气缸的复位靠配种实现。两料钟的关闭动作必须连锁，可全部关闭但不许同时打开。工作环境

环境多灰尘，温度30~40℃。鼓风炉气动加料装置示意图

下图中，ZA、ZB分别为鼓风炉上、下部两个料钟（顶料钟、底料钟），WA、WB分别为顶、底料钟的配重，料钟平时均处于关闭状态。图中A与B分别为操纵顶、底两个料钟开、闭的气缸。

拟定系统原理图

根据装置所在的工作环境和系统的动作要求，考虑用气控行程顺序控制方式，为此：列出气动执行元件的动作程序及程序循环图：画X-D状态线图

为消除由a0信号线长于其所控制的B0动作线引起的障碍，采用单记忆逻辑元件K,使实际执行信号变为a0*（B0）=K

。画逻辑原理图

为实现手动、自动两种控制方式，图中增设了手动信号发生器S。画气动系统原理图

回路中YA1和YA2为延时换向阀（常断延时接通型），由其延时推动主控阀QFA和QFB动作。两缸的动作由QFA和QFB控制，配种在汽缸返程中起作用。自动：加料吊车放罐压启动发信器x0手动：按手动信号发生器S顶钟开顶钟闭底钟开底钟闭延时延时A1A0B0B0x0a1a0b0延时延时X-D状态线图气动控制逻辑原理图加料装置气动原理图

系统压力和执行元件类型

本系统为一般的气动系统，故选系统压力为0.4Mpa。执行元件用气缸，但由于炉体结构所限，料钟中心线上下不便安装；料钟开闭行程较小及安全性要求，拟采用尾部单耳环支撑单杆双作用气缸，并用配种和摆动机构传动和封闭料钟。为实现料钟的平稳开闭，宜采用缓冲式气缸。

执行元件主要规格的确定

(1)内径D

顶钟气缸DA，由式（5-5），取ηF=0.7，则

底钟气缸DB，因结构布置限制,采用内缩为工作行程（示意图b）,

进气腔为有杆腔。此时

DB=φφ=

DA==0.152m

φ取值一般为1.01~1.09，今因缸径较大，取较小Φ=1.03则

DB=1.03=0.318m(2)行程S：据动作要求并考虑两端余量取标准S=600mm。查气动执行元件样本，取用JB系列缓冲气缸，其中顶钟气缸为JB160×600-S；底钟气缸为JB320×600-S（活塞杆直径为φ90）。系统耗气量计算

在设备的一个工作周期内，由压缩空气推动活塞并打开料钟的单行程次数缸A和缸B各为一次（回程靠配种不消耗压缩空气），故两缸的压缩空气耗量为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为A缸、B缸工作行程中的压缩空气耗量（m3/s）；tA、tB为气缸A、B单行程时间（s）；ηV为气缸的容积效率，取ηV=0.9。

两缸的自由空气耗量qZA、qZB为

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

整个系统（一台设备）在一个工作周期内的平均自由空气耗气量=12.94×10-3m3/s

=qZ=

选择控制元件

主控换向阀：QFA采用23JQb-L15，该阀通径φ15mm，其额定流量为10m3/h＞2.23×10-3m3/s；QFB采用23JQb-L25，该阀通径φ25mm，其额定流量为30m3/h＞8.23×10-3m3/s。以上两阀均为截止式、双气控、管接式换向阀。气缸装配图

其他用于对主换向阀控制的各类阀，采用φ3~φ6mm通径的相应类型的气阀，详述如下：行程发讯器x0：选用可通过式行程阀23JC4-L3；行程发讯器a0、a1、b0：均选用杠杆滚轮式行程阀23JC3-L3；单记忆逻辑阀QF1：因无两位三通双气控阀，故以二位五通双气控阀25Q2-L6代用；梭阀QF2：选用S-L3；手动发讯器S：选用二位三通手动推拉式气阀23JR5-L3；手动气开关a：选用二位三通手动按式气阀23JR1-L3。选择气动辅件

减压阀和其他辅件考虑两套系统用两套气源处理（减压阀）辅助元件，同时因每套系统中A、B两缸具有连锁动作的特点，系统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，故选用QTY-25减压阀（通径φ25mm）和QSL-25型分水滤气器、QIU-25型油雾器。在两只主控阀和气缸排气口，分别配以KXY-15和KXY-25型消声器。如孔口螺纹尺寸和消声器不相配，应考虑制造过度接头。实际连接所用气动元件两个缓冲式气缸三个双气控式二位五通换向阀两个延时阀四个行程开关(一个可通过式，三个杠杆滚轮式）一个梭阀两个开关（一个按钮式，一个旋钮式）两个节流阀气动控制回路接线图A缸B缸行程开关X0手动开关在设计的气动回路基础上，为对系统有一个整体上的认识，设计项目的实验方案。根据实验室条件和课程设计项目的性质，本项目制定了两种深一步的实验方案。采用继电器控制和PLC控制来实现系统的动作效果。通过继电器控制，了解继电器之间的互锁和信号之间障碍的排除，加深对电气系统在实际上应用的认识。通过PLC系统的搭接和程序的编写，了解力士乐PLC实验台的应用以及工程上自动控制的优越性。电气控制工作原理初始状态：加料装置上、下口关闭（即A缸缩回压下行程开关a0，B缸伸出压下行程开关b1)SB：手动加料开始按钮SB0：急停按钮，加料过程中若出现问题按下此按钮，上、下口立刻关闭行程开关X0：来料小车到位所触发的自动开关电气控制原理图接下页延时断开触点断开手动按下SB（来料小车自动压下X0）KA1线圈得电并自锁动合触点合上动断触点断开YA1线圈得电KA4线圈得电阀Ⅰ右位工作，A缸伸出（上口打开）压下行程开关a1KT线圈得电并延时延时ts加料阀Ⅱ左位工作，B缸退回（下口打开）KT1线圈失电压下行程开关a0KA3线圈得电动合触点合上YA2线圈得电KA1线圈失电动断触点闭合动合触点断开YA1线圈失电阀Ⅰ在弹簧作用下回到右位工作，A缸退回（上口关闭）接上页KA1线圈得电并自锁动断触点断开KA3线圈失电回到初始状态压下行程开关b0KA2线圈得电并自锁动合触点合上KT2线圈得电延时ts出料延时断开触点断开YA2线圈失电阀Ⅱ在弹簧作用下回到右位工作，B缸伸出（下口关闭）压下行程开关b1搭接时所用电气和气动元件两个时间继电器五个中间继电器三个开关两个缓冲式气缸两个电磁换向阀两个节流阀一个行程开关电气控制回路接线图阀ⅡA缸阀ⅠB缸行程开关X0PLC控制的设计在深入了解和分析鼓风炉钟罩式加料装置气动系统的动作要求和控制要求后，制定PLC程序编写的初步规划。在深入了解PLC控制的硬件和软件后，制定本项目的相应硬件接口和软件编程方法。分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表及输入输出端子的接线图。输入输出端的接线图

PLC控制线路接线图输入端口输出端口B缸A缸I/O分配表打开应用程序选择文件---新建----工程将IndraLogicL20DP的模块拖到新建的工程中（如下图）依次出现如下对话框接下页点击新建，选择图示设备接上页将图示IP地址改为192.168.1.10接上页点击结束，完成打开L20-DP,打开logic选择LD梯形图定义步的名称，进行编程PLC编程过程中的分步PLC程序综合比较通过继电器和PLC控制系统回路的设计和搭接实验，了解了二者的应用领域和部分优缺点，加上最初设计的纯气动控制回路，对三者有一个综合的认识和比较。由于项目为双缸往复运动控制系统，其中存在动作信号之间的干扰与障碍，需要在控制系统中进行信号障碍之间的消除。通过纯气动控制、继电器控制和PLC控制三种控制方案的实施，对各控制系统的应用有较为直观的了解。气动控制系统实施稳定，系统的控制和走向较为明确，容易理解，气动控制也易应用于工程，对实际方面的系统有较为直观的认识。继电器控制系统可实现行程上的自动控制，易于实现自动化，但其稳定性较差，容易产生信号之间的错乱，当存在较多障碍时回路设计较为复杂。PLC控制系统是针对日益强大的自动化方向设置的较现代的控制方法。其可靠性高、抗干扰力强，另外，其系统适用性较强，功能完善，易学易懂。结论

本课题以气动控制系统、可编程控制器为核心，利用其强大的控制功能，实现了基于PLC的气动钻床控制系统。它具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当气动钻床的功能需要增加时，硬件接线上只需要增加行程开关输入信号。原来的接线不需要改变，软件上只需要增加相应程序以及输出的功能，其操作相对于传统的方式有了很大的改善。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是