第15章 气动程序系统及其设计.ppt

1、第十五章 气动程序系统及其设计 应用实例 一般要求 1、行程程序控制系统的设计步骤 2、气动机械手气压传动系统 重点要求 多缸单往复行程程序回路设计 具体要求 了解行程程序控制系统的设计步骤；掌握多缸单往复行程程序回路设计。,程序控制根据生产要求，使被控制元件按预定顺序协调动作的自动控制方式。 根据控制方式不同分类：时间、行程、混合等程序控制。 （1）时间程序控制：按时间顺序自动控制。用时间信号通过控制线路，按一定时间间隔分配给每一个执行元件，产生有序动作。属于开环控制系统。 （2）行程程序控制：前一执行元件动作完成并发信号后，才允许下一执行元件动作。主要由行程发信装置、执行元件、回路、动力源

2、等组成。 （3）混合程序控制：在行程程序控制中包含时间程序控制。,15.1行程程序控制系统的设计步骤 一、明确工作任务与环境要求 （1）工作环境 （2）动力（输出力等） （3）运动状态 （4）工作任务 （5）控制方式（手动、自动）,二、回路设计（核心部分） 具体步骤如下： 1）根据工作要求列出工作程序、几个执行元件及动作顺序、执行元件形式； 2）画出信号（X）动作（D）状态图（即：XD图）； 3）找出障碍并消除障碍； 4）画出逻辑原理图和回路图。 三、选择、计算执行元件 1）确定执行元件类型和数目； 2）计算、选定各运动、结构参数。包括运动速度、行程（角速度）、输出力（转矩）及缸径； 3）计算

3、耗气量。 四、选择控制元件 五、选择气动辅助元件、验算各种阻力损失 六、根据执行元件耗气量，定出压缩机容量及台数,15.2多缸单往复行程程序控制回路 多缸单往复程序回路一个循环，所有缸体作一次往复。 设计方法：X-D状态图法（信号动作状态图法） 一、障碍信号的判断与排除 大部分的行程程序回路的信号之间有干扰，形成障碍，使动作不能正常进行，形成有障回路。 例：如图15-1，A1B1B0A0回路（下标1伸出、0缩回）,气源（1）供气：信号b0阀A右位（A0位）。即使按下启动阀q，阀A左位（ A1位）供气，阀A也不会切换。 故：信号b0为启动阀q的障碍信号。,若b0无信号：按下启动阀q， 气源（2）

4、a0 阀A左位（ A1位）供气活塞A伸出压下a1 ，发出信号a1 阀B左位（B1位） 活塞B伸出压下b1 ，发出信号b1 ，使b1 向阀B右位（B0位）信号发送不进去。 故： a1 妨碍b1 信号送入。 综上所述： b0、 a1 都 妨碍其它信号输入，形成 障碍，回路无法工作。 一个信号妨碍另一信号输入，称 I 型障碍信号； 由于信号多次出现而产生的障碍，称 II型障碍信号。易发生在多往复回路中。,二、行程程序回路的设计方法和步骤 解决信号与执行元件动作协调和连接问题。 用信号动作（XD）状态图法设计方法和步骤： （1）根据自动化工艺要求，列出工作程序或工作程序图； （2）绘制XD状态图（X线

5、用细实线，D线用粗实线）； （3）找出障碍信号并排除，列出所有执行元件控制信号的逻辑表达式； （4）绘制逻辑原理图； （5）绘制气动回路的原理图。,三、XD状态图中的符号规定 （1）汽缸依次用A、B、C、D、E，下标“1”活塞杆伸出，“0”退回； （2）用各汽缸对应小写a、b、c、d、e 表示相应行程阀发出的信号，“1”、“0”同上； （3）控制汽缸换向的主控阀也用与之相控制的缸对应的文字符号，如：A1、A0、B1、B0等； （4）经过逻辑处理且排除障碍后的执行信号右上角加“*”，不带“*”的为原始信号。,四、XD状态图画法介绍 以两缸组成的攻螺纹机为例说明。（即图15-1） 说明：A缸送料缸

6、、B缸攻螺纹缸。 自动循环动作为： 启动A缸进B缸进 B缸退 A缸退,用字母表示为：,略去箭头和控制信号（小写字母），简化为A1B1B0A0,（一） XD状态图画法 1、画方格图 如图15-2，由左右画方 格，在方格端部依次填写 程序序号1、2、3、4等， 在序号下方填写相应动作 状态A1、 B1、 B0 、 A0，最右边纵栏填写执行信号，最左边纵栏由上下填写控制动作状态组序号1、2、3、4（ XD组）和控制信号。每个XD组分上下两行，上行为行程程序号，下行为该信号控制的动作状态。在备用格根据具体情况填写辅助阀输出信号、消障信号、联锁信号等。,图15-2的绘制： ao(A1)发出信号后到A1前

7、消失， 有A1动作直到Ao前结束。 故：X线：A0后A1前； D线： A1动作A0前结束。 a1(B1)发出信号后到Ao前结束， 有B1动作直到Bo前结束。 故：X线：A1后Ao前； D线：B1动作B0前结束。 b1(B0)发出信号后到B0前消失，有B0动作直到B1前结束。 故：X线：B1后B0前； D线： B0动作B1前结束。 b0(A0)发出信号后到B1前结束，A0动作直到A1前结束。 故：X线：B0后B1前； D线： A0动作A1前结束。,2、画动作状态线（D线） 横粗实线各执行元件动作状态线。 D线起点“”该动作程序开始处； D线终点“”该动作程序终止处。 3、画信号线（X线） 用细实

8、线表示X线，起点与同组D线起点相同，终点与上组产生该信号的D线终点相同。 注意：因时间的迟滞，信号线起点应超前其控制动作的起点，终点滞后（但因迟滞值较小，一般不考虑）。 “、重叠”起、终点相同。,（二）列所有执行元件的执行信号表达式 1、判别有无障碍信号 （1）在XD 图中，若X线比其控制的D线短：无障碍信号； （2）在XD 图中，若X线比其控制的D线长：有障碍信号，长出部分线段为障碍段，用“”表示。,2、排除障碍段（消障） 消障方法：缩短X线长度，使其短于D线长度。 （1）脉冲信号法 实质：将障碍信号变为脉冲信号（短促），使其在命令主控阀换 向后立即消失，必然消除 I 型障碍。 例如：将15

9、-1的a1a1(a1脉冲形式)、b0b0 (b0脉冲形式)即可。则信号a1* (A1)= a1 、 b0* (A0)= b0。 脉冲信号法的实现：机械法、脉冲回路法。（略）,（2）逻辑回路法：利用逻辑门性质，将长信号变短 逻辑“与”排障：m * =mx 欲排除m的有障段，可输入一制约信号x，用x和m相“与”，可得排障后的输入信号m* 。（x信号应超前，但不包括障碍段） 注：制约信号x尽可能选系统中的原始信号，可不增加气动元件。,逻辑“非”排障 用原始信号经逻辑“非”运算得到反相信号 排障。 原始信号做逻辑“非”（制约信号x）的条件： 制约信号x的起始点在有障信号m的执行段 之后，障碍段之前，终

10、点在m的障碍段之后。, 辅助阀法 在XD线图中找不到排障制约信号时，采用。以“双稳元件”的输出信号为制约信号和有障信号m相“与”排障。消障后执行信号的表达式为：,t、d为K的控制信号，不能同时存在。,辅助阀的控制信号t 、d的选择原则（图15-8） （I）t 使 K 阀“通”信号，起点在 m 信号起点前（或同时），终点在 m 的无障段中； （II）d使 K 阀“断”信号，起点在 m 信号无障段中，终点在 t 起点前。,（三）绘制逻辑原理图 根据XD线图的执行信号表达式以及考虑手动、启动、复位等画出逻辑方框图（原理图），就可画气动回路原理图了。 1、气动逻辑原理图的基本组成及符号 （1）主要由“

11、是”、“与”、“非”、“记忆”等逻辑符号组成，是运算符号，不代表确定元件； （2）执行元件的输出，由主控阀的输出表示。因主控阀具有记忆功能，故可用逻辑记忆符号表示； （3）行程发信装置由行程阀组成，也含外部信号输入装置，如启动等。加小方框的表示原始信号。,ao(A1)发出信号后到A1前消失， 有A1动作直到Ao前结束。 故：X线：A0后A1前； D线： A1动作A0前结束。 a1(B1)发出信号后到Ao前结束， 有B1动作直到Bo前结束。 故X线：A1后Ao前； D线：B1动作B0前结束。 b1(B0)发出信号后到B0前消失，有B0动作直到B1前结束。 故X线：B1后B0前； D线： B0动作

12、B1前结束。 b0(A0)发出信号后到B1前结束，A0动作直到A1前结束。 故X线：B0后B1前； D线： A0动作A1前结束。,2、气动逻辑原理图的画法 根据图15-9的XD线图执行信号栏逻辑表达式绘制。 （1）将执行元件的两状态与主控阀相连，自上而下画在图右侧； （2）把发信器（行程阀）大概对应所控制元件，列在左侧； （3）画出执行信号逻辑表达式的逻辑符号之间的关系，并画出为操作需要增加的阀（q）。 图15-10则根据图15-9的 XD线图而得。,（四）绘制气动回路图 根据逻辑原理图即可画气动回路图，具体为： （1）分析逻辑原理图：需要哪些元件，如本例：启动阀1只，行程阀4只（二位四通）、

13、记忆元件（二位四通阀）3只，等等。 （2）具体画时，特别注意哪个行程阀有源，哪个无源。一般规律是： 无障原始信号为有源元件，如图15-11中的a0、b1； 有障信号：若用逻辑回路法排障，则应无源； 若用辅助法排障，则只需使它们与辅助阀、气源 串接即可。如a1、b0信号。,画原理图步骤： 将2缸先定位，对应 下面位置画它的控制 元件（记忆元件）， 画2缸的对应的行 程阀（根据无障信号 为有源，有障信号为无源绘制）， 画消障元件（记忆元件）， 启动元件。将上述元件与对应的控制元件、执行元件相连接即可。,15.3 气动机械手气压传动系统 机械手可根据各种自动化设备的工作要求，按照预定的控制程序动作。

14、 图16.1为气动机械手的结构示意图，有四个汽缸，可在三个坐标内工作。 A夹紧缸，活塞缩回夹紧，伸出松开； B长臂伸缩缸，实现缩回、伸出； C立柱升降缸； D回转缸，有2个活塞，各装在带齿 条的活塞杆两端，活塞运动齿轮 旋转立柱及长臂回转。,一、工作程序图 机械手的控制要求：手动启动后，能从第一动作开始自动延续到最后一个动作。 动作顺序为： 启动立柱下降伸臂夹紧工件缩臂立柱顺时针转立柱 上升放开工件立柱逆时针转,简化式为：C0B1A0B0D1C1A1D0 C0B1,写成工作程序图为：,二、X-D线图 动作C0B1A0B0D1C1 A1D0C0B1的 XD线图如右图。 XD线图绘制过 程如下：按

15、下启动 按钮q，系统工作。 d0(C0)发出信号后 到D1前消失，有C0 动作直到C1前结束。 X线：D0后D1前； D线：C0动作C1 前结束。,由X-D线图可知道：c0(B1)、 b0(D1)为障碍信号，要排障。为减少元件数，引回路中无障碍信号，并通过逻辑“与”回路排障。有： c0 (B1)=c0a1， b0 (D1)= b0 a0,c0(B1)发出信号后 到C1前消失，有B1动作直到B0前结束。 故：X线：C0后C1前； D线：B1动作B0前结束。 b1(A0)发出信号后 到B0前消失，有A0动作直到A1前结束。 故：X线：B1后B0前； D线：A0动作A1前结束。 a0(B0)发出信号

16、后 到A1前消失，有B0动作直到B1前结束。 故：X线：A0后A1前； D线：B0动作B1前结束。 b0(D1)发出信号后 到B1前消失，有D1动作直到D0前结束。 故：X线：B0后B1前； D线：D1动作D0前结束。 d1(C1)发出信号后 到D0前消失，有C1动作直到C0前结束。 故：X线：D1后D0前； D线：C1动作C0前结束。 c1(A1)发出信号后 到C0前消失，有A1动作直到A0前结束。 故：X线：C1后C0前； D线：A1动作A0前结束。 a1(D0)发出信号后 到A0前消失，有D0动作直到D1前结束。 故：X线：A1后A0前； D线：D0动作D1前结束。,由X-D线图可知道：c0(B1)、 b0(D1)为障碍信号，要排障。,三、逻辑原理图 根据X-D线图，可绘制程序C0B1A0B0D1C1A1D0下的逻辑原理图。执行信号d0 (C0)= q d0 中，启动信号q 对 d0 起开关作用，则应用逻辑“与”元件；执行信号c0* (B1)=c0a1， b0 *(D1)= b0 a0，起到排障作用，应分别用逻辑“与”元件， 则应该有3个逻辑“与”元件。 执行元件的输出，由主控阀的输 出表示。因主控阀具有记忆功能，故 可用逻辑记忆元件，故还应有4个记 忆元件。 逻辑原理图如图。,四、气动回