氣動控制設(shè)計電、氣控回路

..標準線路圖布置與在"基本氣動訓(xùn)練教程"中討論的相同,電氣回路不能畫成"接線圖"式。一個回路由若干個子回路,或稱"電流通路"所組成,每一個子回路為一個基本回路。它是由一個或更多的開關(guān)元件及一負載元件組成。兩條水平線則代表電源供應(yīng)線。各個電流通路以數(shù)字標出。繼電器的觸點並非置於其操作線圈旁,而是安放於執(zhí)行其功能的地方。觸點的編號列在繼電器線圈下方,這樣一來便易於搜尋其於梯形線路圖上之所在位置。對檢查有關(guān)之線路設(shè)計提供一定指引。美國於1947年引入的JIC標準正好提供有關(guān)近接開關(guān)於"止定"狀態(tài)時觸點的操作位置,確閱讀提供了靜止位置動作的限位開關(guān)的單獨標志,但歐洲標準<即BS3939>則並未提及。本書中我們嚴格區(qū)分動作與不動作的開關(guān)。注意圖4.1回路中通路4的a1觸點與通路3中的a0觸點之間的不同操作位置。很清楚當(dāng)循環(huán)繼電器CR閉合時A+將加上電壓。開關(guān)b0是處於閉合狀態(tài),盡管它是常開型觸點。另一方面在通路3的b0觸點和通路2中的"OFF"有著根本的不同,雖然兩者在機器靜止時均處于關(guān)閉,但"OFF"是"常閉"型開關(guān),而b0則是一個"常開"型近接開關(guān),動作程序一般由左到右。如上圖所示,線路"2"上OFF開關(guān)當(dāng)被按動時,其供電通路便馬上斷開,而位處於線路"3"上的"b0"近接開關(guān)當(dāng)其復(fù)位時便會馬上切斷供應(yīng)外電磁閥的電線通路。常開型<N.O.>常開型<N.O.>,處於閉合狀態(tài)常閉型<N.C.>常閉型<N.C.>,處於閉合狀態(tài)常開型<N.O.>常開<N.O.>,處於閉合狀態(tài)表4.2限位開關(guān)的主要符號電-氣動回路一個控制回路上升到一定的復(fù)雜程度時,不能用上述的邏輯分析進行設(shè)計。在有序地進行設(shè)計時,對于一個順序回路圖通過"逐步求解"法畫出。顯然電氣回路比氣動回路要簡單一些?；A(chǔ)知識顯然是一系列基本回路。我們將從基礎(chǔ)開始然後擴展到較大的組合圖<以組成回路的模塊>。我們把它們叫作子回路且存放在附錄的"SC庫"<SC代表子回路>中。氣缸控制對于一個由氣動或由電氣控制氣缸的回路的不同元件而言,基本上沒有什麼不同。所有的編碼均按"氣動技術(shù)教程"且適用于任何電-氣動回路。雙作用氣缸的手動控制對于控制而言,驅(qū)動單作用或雙作用氣缸是毫無區(qū)別,只是方向控制閥由二位三通的功能改為二位五通的功能?；净芈?由電線供應(yīng)單元,按鈕<作為控制元件>及電磁閥組成。繪畫獨立的氣動回路圖和電控回路圖是必需的,如圖4.3所示。兩點"OR"<或>功能控制於純氣控制系統(tǒng)上,,對于兩個位置的氣動控制需採用梭閥,從而避免有關(guān)氣訊號自另一氣閥排走。對于電控系統(tǒng)則無此麻煩,二個<或更多>開關(guān)觸點能直接連到電磁線圈如圖4.4所示。聯(lián)動觸點當(dāng)一個或更多的按鈕在"或"功能控制不同的元件時,需採用聯(lián)動觸點。微型按鈕經(jīng)因負載有限需要用繼電器實行"聯(lián)動"。一個單觸點可同時加電壓到很多的元件上,只要它們的總電流值未超過其容量。但當(dāng)這些元件中的個別元件還控制其他開關(guān)時,就必須用兩個單獨的"常開"觸點來單獨執(zhí)行兩種功能。為說明,我們假設(shè)兩個開關(guān)中之一"Pb1"有兩個功能：1.燈亮：同時2.起動氣缸A。而"Pb2"只是開啟氣缸而無開燈功能。如果按圖4.5a,兩個觸點將都開燈且開啟氣缸。"Pb1"需要兩個單獨的觸點：一是為使開燈,二是用于氣缸A起動的功能。如果一個分開無法滿足需求時,可用繼電器上的兩個或更多的觸點來滿足這些功能。按鈕"Pb1"控制繼電器線圈和兩個觸點執(zhí)行如圖4.5b示的兩個功能。兩個"R1"觸點可完成兩個"Pb1"觸點的同樣功能?；瑒訂卧?保持終端位置當(dāng)氣缸必須停留在未端位置直到發(fā)出相反命令時為止,應(yīng)用有二個電磁線圈的雙穩(wěn)態(tài)閥。從功能和所表示符號上看,一個雙作用氣缸和任何其他的雙作用執(zhí)行元件沒有什麼區(qū)別。然而當(dāng)象滑動單元、無桿氣缸,回轉(zhuǎn)氣缸,夾具等執(zhí)行元件能夠看清結(jié)構(gòu)時,就更易于讀懂回路。這也是為什麼制造商制訂了他們自己的臨時非標準符號<ISO則頒布標準化的符號>。我們只畫出最常用的一些符號。<見附錄>如圖4.6所示,此問題的解決是用二個按鈕及一個雙穩(wěn)態(tài)閥來解決的。自動返回的擺動式執(zhí)行元件甚至小型擺動式執(zhí)行元件都有檢測雙端位置的開關(guān),它們被用于自動返回原位之檢測訊號。當(dāng)按鈕仍然保持操作時,復(fù)位運動便不能執(zhí)行,即起動開關(guān)"START"打通並保持A+線圈供電的狀態(tài)下。如圖4.7所示。無桿氣缸的往復(fù)運動如果在無桿氣缸行程兩端配有開關(guān),此氣缸可進行連續(xù)性的往復(fù)運動。一個雙穩(wěn)態(tài)的"起動"開關(guān)能控制連續(xù)往復(fù)行程。圖4.8即為一無桿氣缸舉例。當(dāng)停電時,運行將繼續(xù)直到行程末端,當(dāng)電重新加上後往復(fù)運動又自動進行。基本繼電器回路保持回路電氣故障時的自動返回觸點轉(zhuǎn)換保持回路圖4.9a為一由繼電器和一按鈕組成的自保持回路,不是梯形圖而是"接線圖"。線圈的終端"1"與電池的負極相連,但"2"端開路。按下按鈕<圖4.9b>,正極與繼電器線圈2端相連並加電壓<用細線表示>。繼電器觸點改變位置,它的常開觸點,3-4端子,也使電池的正極與線圈相連。鬆開按鈕後<圖4.9c>仍保持加電狀態(tài),繼電器本身觸點保持線圈加電,如粗線所示。圖4.9回路是不完整的；線圈將保持加電直到電流中斷。解決方法可用圖4.10所示的常閉觸點來實行手動控制。圖4.10a狀態(tài)與圖4.9c基本相,只是增加一常閉按鈕開關(guān)"OFF"。當(dāng)這個按鈕壓下時,從負極到線圈的連接斷開,使線圈失電。在松開按鈕"OFF"後,正極到線圈的保持連接破壞,因為這時繼電器的觸點為開路。我們繼續(xù)改進這一回路。圖4.9和圖4.10僅用于解釋,進一步講,上述繼電器的線圈和觸點並不能作為一個單元以回路圖的形式繪出。這兩部分屬于不同的電流通路。圖4.5中我們作了兩個中間步驟以重新安排不同目標。圖4.11a展示了同圖4.10c同樣回路。但某些元件的位置改變了。在一個回路圖中,繼電器線圈和繼電器觸點的物理單元用符號R1來說明。圖4.11b中繼電器觸點和線圈是分開的。一般來講,由于繼電器有幾個觸點畫在圖中不同的地方,則電流通路被編號,且與觸點相關(guān)的通路號被標在線圈通路之下。最後,電池是作為電源,但對工業(yè)生產(chǎn)而言並不實際,在圖4.11c中電池被省略。圖4.12中用IEC標準符號表示的電氣回路。電氣故障時的自動返回假設(shè)有一電工具安裝於滑動氣缸上進行自動加工工序。操作者先把工件夾緊後起動按鈕,刀具於滑臺上慢速對工件進行加工。到達行程未端滑臺返回原位。如果突然出現(xiàn)停電,則滑動單元必須迅速返回到初始位置,並保持在這個位置上直到重新加電為止。對于停電引起的快速返回,電磁閥必須是單穩(wěn)態(tài)的,而且起動信號必須保持到工作行程達到末端時。這是一個繼電器保持回路的典型應(yīng)用。圖4.13a為一帶有常閉觸點a1的機械操作限位開關(guān)。在實際應(yīng)用中,一般是通過滑動氣缸上的微型磁性開關(guān)作訊號傳輸,但此類開關(guān)僅提供常開觸點。若要中斷R1的保持回路,則需第二個繼電器來轉(zhuǎn)換a1的N.O.<常開>觸點。觸點轉(zhuǎn)換圖4.13a中,"起動"按鈕控制繼電器R1,使其通過在滾輪操作開關(guān)a1的一個觸點使其加電<在圖上畫成一個常閉觸點>。在滑動單元中微型干簧開關(guān)只提供常開觸點。因此可通過第二個繼電器R2進行訊號轉(zhuǎn)換,即利用繼電器R2的N.C.<常閉>點來取代圖4.13的a1開關(guān),然後將原來a1開關(guān)用作驅(qū)動R2繼電器如圖4.13b所示,以達致同一功能。延時回路氣缸行程的延時指示燈脈衝程序"逐步求解"法拾放裝置,雙缸運動夾緊與鑽孔串聯(lián)系統(tǒng)拾放裝置,三缸運動抓取裝置,四缸運動步進原理氣電安全聯(lián)鎖氣缸行程的延時a>只在初始位置延時一個雙作用氣缸"C"可進行有關(guān)的往復(fù)動作,其雙向行程的速度可調(diào)整及時間可調(diào)整。在停電時氣缸應(yīng)完成該行程並停留在行程的末端,當(dāng)重新通電後靜止的氣缸便馬上起動。解決辦法是當(dāng)氣缸在靜止位置時,用計時器設(shè)定延時時間。它的NO觸點在延時時間後給電磁線圈C+加電。當(dāng)氣缸離開原位時,線圈失電,計時器復(fù)位線圈C+失電。c1使C-加電使氣缸復(fù)位。電氣回路如圖4.14a所示,氣動回路為圖4.14c。b>在兩端遲時用第二個定時繼電器,返回行程通過可調(diào)定時來延遲,氣缸因而在兩個末端位置保持一定的延遲時間才起動,圖4.14b和c表示了兩個回路。指示燈不用氣缸和其二個限位開關(guān)可實現(xiàn)類似功能。即只使用延時裝置和一個繼電器,如圖4.15所示：當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)"起動"開關(guān)關(guān)閉時,延時器T1加電燈並同時亮燈。在到達設(shè)定時間後,線3上的觸點T1閉合觸發(fā)繼電器和延時器T2,從而斷開線1上的N.C.繼電器觸點,于是燈滅,T1失電且其線3上的觸點重新打開。繼電器通過T2的延時N.C.觸點來保持其狀態(tài)。當(dāng)?shù)絋2設(shè)定的時間時,線4上的觸點斷開使繼電器和T2失電,于是燈重新亮起,如是者不斷循環(huán)動作,直至"START"開關(guān)斷開為止。脈衝圖4.7的擺動式執(zhí)行元件當(dāng)失電或緊急停止按鈕壓下時應(yīng)能自動返回到原始位置。這意味著必須用一單穩(wěn)態(tài)閥代替雙穩(wěn)態(tài)閥,且保持回路的繼電器需服從"起動"信號。當(dāng)"起動"按鈕按下時,執(zhí)行元件應(yīng)只有一個單周期,即使當(dāng)它保持時間超過周期時間時。當(dāng)"起動"按鈕在圖4.7回路中行程末端之前不松開時,執(zhí)行元件不能返回。這可以通過如圖4.16a中的一系列帶"起動"按鈕的a0連接來實現(xiàn),當(dāng)"起動"按鈕仍按下且執(zhí)行元件已返回到靜態(tài)位置時它將重新開始。為避免此情況,可用一個定時器產(chǎn)生一個如純氣動方式類似的脈衝"起動"信號應(yīng)與一系列的帶延時的定時器常閉觸點聯(lián)接。此延時器預(yù)設(shè)置約0.1秒,延時器觸點保持開路直至"起動"信號中斷,如圖4.16b所示。在圖4.16a中,緊急停止可在線1的繼電器線圈之前設(shè)置,當(dāng)它動作時,繼電器R1失電,其線4上觸點斷開。電磁閥線圈"A"失電且使閥彈簧復(fù)位。圖4.16b中,緊急停止可在線3的R2觸點與R1的線圈間設(shè)置以切斷保持回路。但即使在ES觸點斷開線路後"起動"按鈕仍能產(chǎn)生一個脈衝使執(zhí)行元件有一個響應(yīng),盡管這不會使擺動式執(zhí)行元件轉(zhuǎn)迴到底,但仍是應(yīng)該避免的,如圖4.16b上供電線上裝有緊急停止開關(guān),從而可以切斷整個回路。程序在下面章節(jié)中,我們假設(shè)基本術(shù)語在"氣動技術(shù)課程"中已經(jīng)介紹過,它們在附錄中"程序控制"中有說明。為易于表達一系列氣缸運動序數(shù)的程序,我們將使用步驟圖,如圖4.17所示：為畫步驟圖方格紙是最合適的,我們對每個氣缸畫出兩條水平線,上面一條線代表"1"位置,下面一條線代表原始位置。等間隔垂直線標記用于氣缸循環(huán)步驟<圖4.17a>。步驟是指氣缸運動,有時為兩個或更多的連續(xù)行程。圖4.17b為氣缸"H"例子：它在步驟1為靜止,在步驟2時移動到位置"1",於步驟3、4則保持在位置"1",然後在步驟5回到原始位置保持到步驟6。圖4.17c為兩個氣缸A、B的運動。"逐步求解"法在沒有邏輯回路設(shè)計基礎(chǔ)的情況下,只能採用"逐步求解"法進行回路設(shè)計。它能夠通過下述的對話形式有序進行。拾放裝置,雙缸運動於料槽內(nèi)將工件逐一拾放於轉(zhuǎn)盤上然後加工,這是通過一氣動手指"B"完成的,此手指與無桿氣缸"A"相連,從而能使夾具得以移動。無桿氣缸的初始位置為右邊,這時手指打開。在"起動"信號產(chǎn)生後<可用訓(xùn)練裝置上的模擬按鈕>,托架連同手指組合向左移動,在到達預(yù)定位置時手指夾住便夾工件。即從料堆中提取然後移向右邊,在行程末端手指鬆開工件,完成拾放動作。相應(yīng)的循環(huán)如圖4.17c只要雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)"start"閉合,此循環(huán)便會持逐下去?；芈穲D中的氣動部件總是由電磁閥和限流閥的氣缸組成。在任何一種場合,變化的是編碼和閥的型號。它們可能是二位三通,二位五通,單穩(wěn)態(tài)或雙穩(wěn)態(tài),或三位五通閥,由此氣動回路必須是除電氣回路外的完整圖的一部分。圖4.19為氣動回路圖它是圖4.18d的完整化。在任何一種場合首先加電到哪裡？

如何開始循環(huán)？

何時循環(huán)重新開始？

何時A+切斷？

A-並無供電？在任何一種場合電磁線圈A+

"起動"開關(guān)閉合

當(dāng)"B"返回到0<b0>位

當(dāng)氣缸B開始<b0釋放>

是下一動作是什麼？

何時加電？

何時切斷？

B-並無供電？

更多的條件？B+

當(dāng)氣缸A起動<觸碰a1開關(guān)>

當(dāng)氣缸A復(fù)位<a1釋放>

是

無下一動作是什麼？

何時加電？

何時切斷？

A+並無供電？

更多的條件？A-

B氣缸起動<觸碰b1開關(guān)>

B氣缸復(fù)位<b1釋放>

是

無下一動作是作麼？

何時加電？

何時切斷？

B+並無供電？

進一步條件？B-

A氣缸復(fù)位<a0動作>

當(dāng)氣缸A起動<a0釋放>

是

無圖4.18逐步求解圖夾緊與鑽孔上述例子沒有重復(fù)<疊加>信號,下一個程序具有重復(fù)信號,如圖4.20所示是一個典型的"夾緊與鑽孔"程序圖,要求如下：若遇到危險情況,需要緊急停車,切斷動力源的所有信號。夾具必須保持在它的瞬時位置,若此時出現(xiàn)動力故障或緊急情況,如果它是夾緊的,就不能打開。夾具是松開的就不能關(guān)閉。動力源開關(guān)必須由單穩(wěn)態(tài)開關(guān)"ON"或"OFF"控制,在設(shè)備的初始位置,動力源應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài),按鈕"START"使每一個循環(huán)開始。為了安全起見,即使沒有出現(xiàn)緊急停車,電-氣動回路仍需仔細地選擇一個安全適當(dāng)?shù)目刂崎y的功能。當(dāng)電源突然掉閘而使壓縮機停止工作時,儲氣罐內(nèi)的壓縮空氣還能維持正常工作。夾緊工作或機械夾具需要一雙穩(wěn)態(tài)閥,以避免在緊急停車或電源失電的情況下出現(xiàn)松開現(xiàn)象,鑽削機構(gòu)應(yīng)能立即收回鑽頭,因為鑽削馬達正在停機,這就迫切需要一個單穩(wěn)態(tài)閥。在初始位置,按鈕"OFF"使電源處于切斷狀態(tài),一個雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)能建立起重復(fù)動作或當(dāng)它需要放松,在其他任何循環(huán)或者在其終點停止。我們開始下面對話：在用兩個按鈕操作電源開與關(guān),還需要什麼元器作？一個繼電器<循環(huán)繼電器CR>和保持回路。怎樣才能確信,按鈕"OFF"僅在原點位置工作？氣缸的原位可稱為C0,用開關(guān)的NC<常閉>觸點連接"OFF"。"OFF"按鈕就僅僅在循環(huán)的終點C0時工作。極限開關(guān)C0能否提供NC<常閉>觸點？不可以。我們需要一個繼電器來提供,為使容易記下有關(guān)觸點,此繼電器定名為"Rco"<基本回路中的功能"觸點擴充">哪個首先動作？C+哪個信號能夠確認行程終點？C1當(dāng)C+得電時C-是否失電？不怎樣可以不用C-？C-緊隨D-這樣,D-給出信號d0。因為D靜止在原始位置開關(guān)將操作,固將電器觸點聯(lián)到C-上使繼電器開始充電,接著我們將看到還原開關(guān)置於何處；我們把"記憶繼電器"叫做"MR"。在進一步開始討論以前,對于到目前而止所研究的電氣圖,用圖4.21表示,下面對此圖進行討論。線1：閉合開關(guān)"ON"使繼電器CR加電。斷路器ES在操作時絕對地與CR相連接。線2："OFF"鍵不按,觸點CR使繼電器CR保持加電。線3：打開電源,常閉觸點Rco打開,C在初位,這是因為線4中的C0使繼電器加電。在整個循環(huán)中,此觸點閉合,"OFF"不能斷開電源。由于"Rco"是繼電器,它不能畫成"常開",這是因為和C0本身為常閉觸點有關(guān),在電路中,假設(shè)無功率。線4：CR觸點給其他的回路提供電源,當(dāng)緊急停按鈕壓下時,第4條線處斷開。線5：當(dāng)"C"在原位<Rco閉>"START"開關(guān)被壓下,記憶繼電器MR得電,使第6條線路閉合,與此同時,電磁鐵"C+"得電並且通過氣缸C夾緊工件。我們將找出哪個觸點"？"被用來斷開保持回路?，F(xiàn)在進行下列問題：哪一個開始運動？缸D伸出<單穩(wěn)態(tài)閥>。初始信號？C1操作C1可以使單穩(wěn)態(tài)閥持續(xù)嗎？不能。直到C返回,這將需要太長的時間。怎樣修改才能獲得適當(dāng)?shù)某掷m(xù)？由于有MR,可以使帶有常開觸點繼電器D得電,當(dāng)D在它的"1"位置,MR處于切斷狀態(tài),因此,觸點"?"為線5圖4.16中d1。能否將d1放在線5中？不能,電磁鐵操縱缸觸頭有常閉觸點,對于觸點切換,繼電器是必須的。我們可以標記一個"Rd1"並用線5的一個常閉觸點。d0能否使C-得電？可以,但在MR的常開觸點系統(tǒng)中,在C+得電前切斷它。循環(huán)停止後,線圈C-繼續(xù)得電。有一個繼電器便可,Rco和NC觸點初始位置為開啟狀態(tài),當(dāng)C-串接時,它在原位時,處于失電狀態(tài)。因此,最後得到圖4.22。圖4.22圖4.20的電路圖串聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)在氣動技術(shù)基礎(chǔ)教程的氣動回路中,已經(jīng)詳細的討論了所謂的串聯(lián)系統(tǒng)。因此,我們假定此系統(tǒng)原理是可行的。這個概念也可以應(yīng)用在電-氣動中嗎？這方法比"逐步求解"法更容易及更快解決回路設(shè)計問題。對這個問題的回答是"肯定"的。只是"串聯(lián)閥"用繼電器代替便可。繼電器串聯(lián)的原理用圖4.23說明,必要時可以擴展。當(dāng)繼電器線圈得電時,按下"觸點槓桿",轉(zhuǎn)換觸點連成上面的N.C.<常閉>。繼電器保持得電,直到最後一組動作完成。拾放裝置,三缸運動對圖4.17c進行擴展。在工件松開之前,雙作用氣缸必須移動夾爪。一旦雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)閉合,可自動進行重復(fù)循環(huán)。由下列運動組成循環(huán)：

無活塞桿氣缸的滑臺到左邊：H+

手指閉合：G+

滑臺復(fù)位：H-

氣缸外伸：C+

手指張開：G-

氣缸復(fù)位：C-步驟圖4.24表明了它們的程序動作。補充條件是：所有運動在失電狀態(tài)下必須完成它的行程,並保持在它的終點位置。當(dāng)重新得電時,回路從"凍結(jié)"狀態(tài)再繼續(xù)。在失電期間,不管記憶開關(guān)在何位,使循環(huán)完成並全部執(zhí)行元件停在初始位置。我們定下若干組別：H+,C+｜H-,C+,G-｜C-分成兩組,循環(huán)從中間第一組的開始。第二個條件：對于手動控制,按鈕只有"起動"或"停止"兩個鍵。按下"起動"鍵,程序開始,直到"停止"鍵按下。隨後循環(huán)停止在它的末端。給出一個循環(huán)重復(fù)的連續(xù)信號,需要帶保持回路的繼電器CR<循環(huán)繼電器>。CR的觸點之一使第一步動作起動。圖4.25表明兩個串聯(lián)組循環(huán)的初始狀態(tài),正如上面所描述的那樣,循環(huán)從每組的內(nèi)部開始,在初始狀態(tài),最後一組的全部電磁線圈保持通電狀態(tài)。此現(xiàn)象應(yīng)避免,其方法是在循環(huán)後加一組。H+,G+｜H-,C+,G-｜C-｜這樣可以分成三個組,組II的最終信號使GR2