第十六章程序系统及其设计.ppt

1、气动程序控制回路：工业应用实例,问题提出： 工业应用装置中的送料机构：用A、B两个气缸将工件从料仓中传递到滑槽。按下按钮，气缸A伸出，将工件从料仓推出，等待气缸B将其推入输送滑槽。工件传递到位后，A缸回缩，接着B缸回缩。 要求：两个气缸的运动速度可以调节，同时需要检测伸出或回缩是否已经到位。,工业应用实例分析与设计,设备分析 此工作站由几个执行元件组成： 推料气缸A 推料气缸B,工业应用实例分析与设计,设备分析 初始状态分析： 推料气缸A，处于缩回，为A 推料气缸B，处于缩回，为B,工业应用实例设计与分析,设备分析 工作过程分析，画出位移步骤图： A，B，A，B,工业应用实例设计与分析,1、使

2、用FluidSIM-P 3.5软件设计气动程序控制回路； 2、根据设计的气动程序控制回路选择气动元件； 3、将气动元件组装为气动控制系统完成设备功能。,总 结：气动程序控制回路的设计步骤,问题提出,分析：确定气动控制系统目标,确定：气动控制系统特殊要求,设计：设计一个气动系统方案,方案实现：构造、组装和检查,评价：核实 气动系统性能,4、串级法 前述直觉法中的行程开关输出的信号往往由于执行元件（气缸）压住而无法切断，虽然可用单向滚轮杠杆阀或延时阀来消除障碍信号，但对于较复杂的动作顺序，使用该法不经济。下面介绍应用串级法设计气动回路。 串级法（Cascade method）是一种控制回路的隔离法

3、，主要是利用记忆元件作为信号的转接作用，即利用4/2双气控或5/2双气控阀以阶梯方式顺序连接，从而保证在任一时间只有一个组输出信号，其余组为排气状态，使主控阀两侧的控制信号不同时出现，如图12-46所示。,3 气动程序控制回路,3 气动程序控制回路,图12-47说明了四级串级回路中输出信号的情形。仔细观察图12-47中的（a）、(b)、(c)、(d) 图，可发现每个图只有一组输出信号，其余组均为排气状态。 采用此种排列，消除障碍信号比较容易，且建立在回路图的实际操作程序中，是一种有规则可依的气动回路设计法。但应注意，在控制操作开始前，压缩空气通过串级中的所有阀。另外，当串级中的记忆元件切换时，

4、由该阀自身排放空气，因此，只要有一个阀动作不良，就会出现不良开关转换作用。 在设计回路中，需要多少输出管路和记忆元件，要按动作顺序的分组（级）而定。如动作顺序分为四组则要输出四条管路，记忆元件的数量则为组数减一。以下举例说明。,3 气动程序控制回路,3 气动程序控制回路,例 A、B两气缸的位移步骤图如图12-41所示，试用串级法设计其气动回路图。 设计步骤如下：,3 气动程序控制回路,设计步骤如下： （1）气缸动作顺序A+B+B-A-分组，分组的原则是同一组内每个英文字母只能出 现一次。分组的组数即是输出管路数。分组的组数越少越好，即,3 气动程序控制回路,设计步骤如下： （2）画出两个气缸及

5、各自的主控阀，并标出英文符号，应注意气缸必须在起始位置。 （3）画出输出管路数及记忆元件。如图12-48所示。,3 气动程序控制回路,设计步骤如下： （4）控制信号的产生靠活塞杆驱动行程开关，行程开关按照动作顺序依次标示英文字母。 A缸前进压下行程开关a1，输出的信号使B缸前进，故a1接在B+控制线上，而A+属于第一组，a1的供气口要接在第I条输出管路上。 B缸前进压下行程开关b1，输出的信号产生换组动作，即使第I输出管路改变为第II输出管路供气，故b1和x2控制线连接， b1的供气口接在第I条输出管路上。 此时第I条输出管路排气，第II条输出管路和气源相通。第II组的第一个动作为B缸后退，故

6、直接将B-控制线接到第II条输出管路上。 B缸后退压下行程开关b0，输出的信号使A缸后退，故b0接在A-控制线上。而A-属于第二组，故b0的供气口接在第II条输出管路上。 A缸后退压下行程开关a0，输出的信号切换记忆元件使第II条输出管路排气，第I条输出管路供气，故a0应接在x1控制线上，a0的供气口则要接在第II条输出管路上。将以上控制顺序表示如下：,【例13-1】某一气动机械有A、B两个缸,两缸的动作顺序是：A缸前进之后B缸再前进,然后A缸后退,B缸再后退。位移-步骤图如图13-35所示,试设计其气动控制回路图。 设计步骤如下： （1）画出A、B两个气缸及相应的双气控二位五通换向阀（主控阀

7、），如图13-36所示。 （2）在主控阀1V1和1V2两端控制口标注A+,A-,B+,B-,意旨1V1阀A+处有信号,A缸前进,其余相同（见图13-36）。,图13-35 动作顺序A+B+A-B-的位移-步骤图,图13-36 气缸和主控阀,（3）启动按钮1S1接在A+控制线上,操作启动按钮,A缸前进（A+）,压到行程开关（行程阀）a1,发出信号使B缸前进（B+）,故行程开关（行程阀）a1和B+控制线连接。 （4）缸前进压到行程开关（行程阀）b1发出信号,目的是使A缸后退（A-）,故行程开关（行程阀）b1和A-控制线连接。,（5）缸后退压到行程开关（行程阀）a0,发出信号,目的是使B缸后退（B-

8、）,故a0和B-控制线连接。 以上的动作顺序图表示为 1S1 A+a1B+b1A-a0B-,图13-37 基本气动控制回路,（6） 按以上顺序依次画出回路图,以英文字母标出阀的名称, 并加上气源,如图13-37所示。 ,（7） 画出全功能图,以确定是否有障碍信号,如图13-38所示。,图13-38 全功能图,检查障碍信号时,应注意主控阀1V1和1V2两端控制口是否同时出现信号。由动作顺序可知,A+处信号由启动按钮1S1给出点动信号。A-信号则由b1给出,当b1发出信号时,A+处信号已经消失,故主控阀1V1两边不会同时有控制信号。同理,主控阀1V2两边也不会同时有信号存在。由动作顺序可知,本控制

9、回路的信号元件b1、a1、a0用一般滚轮杠杆阀即可,无障碍信号。从全功能图中也可看出,启动按钮1S1和行程阀b1、a1、a0在一个循环内产生的信号是没有重叠的。完整的单一循环控制回路如图13-39所示,图中阀1S为系统气源开关。,图13-39 单一循环控制回路,（8）根据控制需要,加入辅助状况,如连续自动往复循环、 紧急停止等操作。 通常辅助状况的加入均在单一循环回路设计完成之后再考虑较为方便。如图13-39所示的单一循环控制回路,若要改成自动往复循环,则只要在B缸原点位置加入一个行程开关b0并和启动开关1S1串联,这样当B缸后退压到b0时,A缸即可前进,产生另一次循环,如图13-40所示。,

10、图13-40 自动连续往复循环控制回路,【例13-2】A、 B两个气缸的位移-步骤图如图13-41所示,试设计其气动控制回路图。,图13-41 动作顺序A+B+B-A-的位移-步骤图,按照例13-1（1）（6）的步骤,可画出气动控制回路图,如图13-42所示。 由气缸的动作顺序及图13-42可知,行程开关b0的起始位置为通路状态,故主控阀1V1的右端控制口A-在回路未操作之前一直有控制信号存在。 当按下启动按钮1S1发出短信号到左端控制口时,主控阀1V1两端控制口同时有信号,1V1无法换向,b0是障碍信号。,图13-42 使用一般滚轮杠杆阀的气动控制回路,同理,当A缸前进压下a1时,使主控阀B

11、+端有信号,B缸前进。 B缸前进压到b1时,发出信号使B缸后退。 因为动作顺序要求B缸缩回后,A缸才缩回,所以主控阀2V1两端控制口同时有信号,2V1无法换向,a1是障碍信号。 由以上讨论可知,必须对该回路进行障碍信号排除,亦即将行程开关b0和a1改成单向滚轮杠杆阀,因此正确的气动控制回路图如图13-43 所示。,图13-43 采用单向滚轮杠杆阀的控制回路,从图13-44所示的全功能图也可看出,1S1和b0信号重叠,a1和b1信号重叠。 ,图13-44 全功能图,图13-43所示控制回路中的气动信号没有互锁,气缸在动作时极易因人为失误引起启动信号的操作,而使动作顺序受到干扰,因此为确保动作顺序

12、的正确,必须在完成最后一个动作的气缸的位置加入一个行程开关,由此行程开关发出的信号产生互锁功能。 互锁功能可由行程开关和启动按钮串联而成,如图13-45所示为具有完全互锁启动开关的回路。,图13-45 采用单向滚轮杠杆阀的气动控制回路,13.2.4 串级法 前述直觉法中的行程开关输出的信号往往由于执行元件（气缸）压住而无法切断,虽然可用单向滚轮杠杆阀或延时阀来消除障碍信号,但是对于较复杂的动作顺序,使用该方法不经济。 下面介绍应用串级法设计气动回路。 串级法（Cascade method）是一种控制回路的隔离法,主要是利用记忆元件作为信号的转接作用,即利用4/2双气控阀或5/2双气控阀以阶梯方

13、式顺序连接,从而保证在任一时间只有一个组输出信号,其余组为排气状态,使主控阀两侧的控制信号不同时出现,如图13-46所示。,图13-46 各级串级转换气路 二级串级转换气路； (b) 三级串级转换气路； (c) 四级串级转换气路,图13-47说明了四级串级回路中输出信号的情形。 仔细观察图13-47中的（a）、(b)、 (c)、 (d) 图,可发现每个图只有一组输出信号,其余组均为排气状态。 采用此种排列,消除障碍信号比较容易,且是建立在回路图的实际操作程序中的,是一种有规则可循的气动回路设计法。 但应注意： 在控制操作开始前,压缩空气通过串级中的所有阀。 另外,当串级中的记忆元件切换时,由该

14、阀自身排放空气,因此,只要有一个阀动作不良,就会出现不良开关转换作用。 在设计回路中,需要多少输出管路和记忆元件,要按动作顺序的分组（级）而定。 如动作顺序分为四组则要输出四条管路,记忆元件的数量则为组数减一。,图13-47 四级串级供气原理图 x1信号输入； (b) x2信号输入； (c) x3信号输入； (d) x4信号输入,【例13-3】 A、B两气缸的位移-步骤图如图13-41所示,试用串级法设计其气动回路图。 设计步骤如下： （1）按气缸动作顺序A+B+B-A-分组,分组的原则是同一组内每个英文字母只能出现一次。 分组的组数即是输出管路数。 分组的组数越少越好,即 A+B+/B-A-

15、 （2） 画出两个气缸及各自的主控阀,并标出英文符号,应注意气缸必须在起始位置。 （3） 画出输出管路数及记忆元件,如图13-48所示。,图13-48 基本元件,（4） 控制信号的产生靠活塞杆驱动行程开关,行程开关按照动作顺序依次标示英文字母。 A缸前进压下行程开关a1,输出的信号使B缸前进,故a1接在B+控制线上,而A+属于第一组,a1的供气口应接在第I条输出管路上。 B缸前进压下行程开关b1,输出的信号产生换组动作,即使第I条输出管路改变为第II条输出管路供气,故b1和x2控制线连接, b1的供气口接在第I条输出管路上。 此时第I条输出管路排气,第II条输出管路和气源相通。 第II组的第一

16、个动作为B缸后退,故直接将B-控制线接到第II条输出管路上。 , B缸后退压下行程开关b0,输出的信号使A缸后退,故b0接在A-控制线上。 而A-属于第二组,故b0的供气口接在第II条输出管路上。 A缸后退压下行程开关a0,输出的信号切换记忆元件使第II条输出管路排气,第I条输出管路供气,故a0应接在x1控制线上,a0的供气口则要接在第II条输出管路上。 将以上控制顺序表示为 I条输出管路 A+ a1 B+ b1 x2 II条输出管路 B- b0,a0,x1,A,（5） 按上述步骤画出气路图,并加入启动按钮1S1,由动作顺序要求知,启动按钮1S1应接在a0和第II条输出管路之间,如图13-49

17、所示。 （6） 如有辅助情况,则在基本顺序完成之后再加入。,图13-49 单一循环气动控制回路,【例13-4】图13-50为打标机示意图。 工件在料仓里靠重力落下,由A缸推向定位块并夹紧,接着B缸打印标志,然后由C缸将打印完的工件推出。 其动作顺序为 A+B+B-A-C+C-,位移-步骤图如图13-51所示。 所需辅助状况如下： （1） 各动作必须自动进行,并可选择单一循环、 连续循环,起动信号由启动按钮输入。 （2） 料仓有一个限位开关监测,如仓内无工件,则系统必须停在起始位置,并互锁以防止再启动。 （3） 操作紧急停止按钮后,所有气缸无论在什么位置,均立即回到起始位置,只有互锁去除后才可再

18、操作。,图13-50 打标机示意图,图13-51 位移-步骤图,设计步骤如下： 将顺序动作分组为 A+B+/B-A-C+/C- 动作顺序分为两组,整个回路的控制顺序为 1S1 A+ a1 B+ b1 x2 第II条输出管路 B- b0 A- a0 C+ c1 x1 第I条输出管路上 C-,按照例13-3的设计步骤,很容易将单一循环的气动控制回路设计出来,如图13-52所示。 ,图13-52 单一循环气动控制回路图,按照例13-3的设计步骤,很容易将单一循环的气动控制回路设计出来,如图13-52所示。 就分级而言,控制回路的第一个动作是C-,但实际上第一个动作应该是A+,因此由图13-52可知,

19、必须将启动按钮q装在第I条输出管路及主阀1V1之间,且为获得启动在连续循环中达到互锁,必须串联行程开关c0。 有关各种辅助状况,必须在单一循环控制回路设计完成之后再一一加入。 如图13-53所示为加入了辅助条件的控制回路,图中阀1S1、 1S2和1V2是满足辅助条件（1）所必需的。 阀1V3是满足辅助条件（2）所必需的,当料仓没有工件时,阀1V3复位,系统恢复到起始位置,并切断启动信号。,图13-53 有辅助状况的控制回路,关于急停回路的设计,通常当按下紧急按钮时,必须想办法将供气回路信号送到主控阀的后退控制口,同时保证另一控制口没有信号,并必须使记忆元件复位,以利于急停消除后的重新启动。 由

20、图13-53可知,EM为急停按钮。 按下EM,气源信号经梭阀1V0、 2V0、 3V0使主控阀右端有控制信号,同时左端没有控制信号,且气源也经梭阀V0使记忆元件V复位,三个气缸同时后退。 图13-53中的阀1S1与电气回路上所用的带自锁开关和选择开关相似,这类阀操作不便。目前,在控制上一般采用弹簧复位的按钮开关作为信号元件。 因此,对于气动控制系统而言,应按照实际需要在回路上加入辅助状况。现将辅助状况编成一个标准回路,然后作为相关回路的单元加入。如图13-54所示为这一种可能的回路,且信号输入采用弹簧复位的手动按钮（3/2阀）。,图13-54 一种可能的回路,有关急停回路也可以归纳成如图13-55所示的回路。 在图13-54的辅助状况和图13-55所示的急停回路基础上,可