氣動系統(tǒng)設(shè)計

第七章氣動系統(tǒng)設(shè)計§7-1設(shè)計概述生產(chǎn)實踐中，各種自動生產(chǎn)線，大多是按程序工作的。所謂程序控制：就是根據(jù)生產(chǎn)過程中的位移、壓力、時間、溫度、液位等物理量的變化，使被控制的執(zhí)行元件，按預(yù)先規(guī)定的順序協(xié)調(diào)動作的一種自動控制方式。程序控制分類：根據(jù)控制方式的不同，程序控制可分為三種：時間程序控制、行程程序控制、混合程序控制。而基于行程程序控制思想所設(shè)計的氣動回路，稱為程序控制回路。一、行程程序控制二、程序控制回路設(shè)計方法的分類〔一〕試湊法是選用氣動根本回路、常用回路試湊在一起組成控制回路，然后分析能否滿足要求的方法。〔二〕邏輯設(shè)計法1.邏輯運算法：根據(jù)控制要求，采用邏輯代數(shù)進行計算和簡化。但計算過程復(fù)雜。2.圖解法：利用邏輯代數(shù)把復(fù)雜的計算采用圖解的方法表示出來，如信號—動作線圖法，擴大卡諾圖法。3.計算機輔助邏輯綜合法：在變量多的條件下，須采用計算機簡化邏輯函數(shù)，設(shè)計氣控行程程序邏輯回路。〔三〕分組供氣法在控制回路中，增加一些控制元件對行程閥采取分組供氣。如產(chǎn)生障礙時，可切斷障礙信號的氣源，防止了障礙的產(chǎn)生。三、常用的符號規(guī)定1.根據(jù)具體情況選用氣閥或邏輯元件，且氣閥與執(zhí)行元件圖形符號必須按《液壓氣動圖形符號》國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，氣動邏輯元件符號可采用《氣開工程手冊》推薦的符號。2.回路中的氣缸應(yīng)排成次序，用A、B、C…字母表示，標(biāo)出字母下標(biāo)“1〞或“0〞，“1〞表示氣缸活塞伸出，“0〞表示氣缸活塞退回。如A1表示A氣缸活塞伸出。3.用與各氣缸對應(yīng)的小寫字母a、b、c…字母表示相應(yīng)的行程閥發(fā)出的信號，其下標(biāo)“1〞表示活塞桿伸出到終端位置時所發(fā)的信號，下標(biāo)“0〞表示活塞桿退回到終端位置時發(fā)出的相應(yīng)信號。如a1表示A氣缸活塞桿伸出到終端位置時觸動相應(yīng)行程閥所發(fā)出的信號。右上角帶*號的信號稱其為執(zhí)行信號，如a1*；而把a1稱為原始信號。4.控制氣缸換向的主控制閥，也用與其所控制的氣缸相對應(yīng)的英文字母符號表示。5.原理圖上的各種氣動元件的位置，如氣缸活塞的位置、各種元件符號的外接管路〔如氣源口、輸出口和排氣口〕，應(yīng)按控制系統(tǒng)處于初始靜止〔即起動之前〕狀態(tài)繪制。6.原理圖一般不畫具體控制對象，僅把執(zhí)行元件〔如氣缸〕形象地用圖形符號表示，在特殊需要時，才畫出控制對象及發(fā)信裝置的布局情況。7.和邏輯控制有關(guān)的速度控制、壓力控制和時間控制等一般都應(yīng)畫出。8.控制氣路的連接一般用虛線表示。對于復(fù)雜氣控系統(tǒng)可用細(xì)實線。9.原理圖上應(yīng)寫明工作順序或?qū)Σ僮饕蟮谋匾f明?！?-2信號—動作線圖設(shè)計法一、設(shè)計步驟1.根據(jù)生產(chǎn)自動化的工藝要求，寫出工作程序；2.繪制信號線、動作線；3.分析并排除控制障礙；4.繪制邏輯原理圖和氣動回路原理圖。二、列出工作程序舉例說明：例7-1某專用氣動機械手的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-4所示，它由四個氣缸組成，能在三個坐標(biāo)內(nèi)工作。工作程序：如圖7-5a所示。控制要求：手動啟動后，上述程序由第一程序自動延續(xù)到最后一個程序。見圖7-4：執(zhí)行元件4個，動作為：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，下降、上升，夾緊、松開，伸出、縮回。見圖7-5a：進行編號：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，下降、上升，夾緊、松開，伸出、縮回。A1、A0，B1、B0，C1、C0，D1、D0。同時：把兩個相鄰動作之間加上相應(yīng)的行程閥〔輸出信號〕，并在每一動作狀態(tài)下邊標(biāo)上程序號，其工作程序為：：表示控制順序。：表示b0控制D缸伸出動作。三、繪制信號—動作狀態(tài)線圖〔X—D線圖〕〔一〕多缸單往復(fù)系統(tǒng)X—D線圖的繪制1.畫方格圖：2.畫動作線〔D線〕：動作狀態(tài)線起點：“O〞符號動作狀態(tài)線終點：“X〞符號動作狀態(tài)線：粗實線3.畫信號線〔X線〕：信號線起點：“O〞符號信號線終點：“X〞符號信號線：細(xì)實線四、確定并排除障礙信號，找出執(zhí)行信號〔一〕障礙信號確定1.障礙信號：分析X—D線圖，檢查各組中是否存在有信號線比所控制的動作線長的情況。如存在此情況，說明動作狀態(tài)要改變，而其控制信號不允許其改變，這種障礙其動作改變的信號就稱之為障礙信號。2.障礙段：信號線比其所控制動作線長的那局部線段。圖中用鋸齒線段表示。3.執(zhí)行信號：設(shè)計時必須把有障礙信號的障礙段去掉，使其變?yōu)闊o障礙信號再去控制主換向閥，這種信號叫做執(zhí)行信號。用“*〞號表示，見圖。4.信號狀態(tài)線構(gòu)成：信號線的執(zhí)行段：“O〞，必要局部。信號線的自由段：“——〞，可有可無。信號線的障礙段：“鋸齒線〞，必須消除。5.I型障礙：這種一個信號阻礙另一個信號輸入，使程序不能正常進行的控制信號，稱為I型障礙信號。〔二〕I型障礙信號的排除I型障礙信號的產(chǎn)生：是因為控制信號線比其所控制的動作線長。排除I型障礙的根本思想：就是縮短控制信號存在的時間〔即縮短信號線的長度〕。其實質(zhì)：就是要使障礙段消失或失效。排除I型障礙的方法：脈沖信號法、邏輯回路法、順序“與〞元件法等。1.脈沖信號法排障：思想：將有障礙的原始信號變成脈沖信號，使其在命令主控閥完成換向后立即消失。用這種方法可排除所有I型障礙。方法1：機械法排障采用機械活絡(luò)擋塊或通過式行程閥。見圖7-8。特點：簡單易行，可節(jié)省氣動元件及管路。但安裝行程閥時必須注意：不可把行程閥裝在行程的末端，而應(yīng)留一段距離，以便擋塊或凸輪能通過。顯然：此法不能用行程閥限制氣缸的行程，必須用死擋鐵機械限位。因此，此法僅適用于定位精度要求不高，活塞運動速度不太大的場合。方法2：脈沖回路法排障利用脈沖回路或脈沖閥的方法將有障信號變?yōu)槊}沖信號。見圖7-9。注意：脈沖寬度即能排除障礙又必須足以完成所需要的動作要求。適用：此法適用于定位精度要求高的場合。缺點：上述回路當(dāng)系統(tǒng)啟動、氣源接通時，行程閥有可能被壓下而發(fā)出不應(yīng)有的“假脈沖信號〞，會使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作。a.用脈沖閥的回路b.用差壓閥的回路有啟動保護的脈沖控制回路，在脈沖閥2和換向閥4之間加了一個二位三通常斷式換向閥3，當(dāng)系統(tǒng)啟動、氣源接通時，由于閥3處于常斷狀態(tài)，因此啟動時行程閥1產(chǎn)生的“假脈沖信號〞被閥3阻止，不會使閥4換向，起到了保護作用。c.啟動保護脈沖控制回路方法3：邏輯回路法排障在程序回路中引入各種邏輯門，利用邏輯門的性質(zhì)，將長信號變成短信號，排除障礙信號。〔1〕邏輯“與〞排障：如下圖，為排除障礙信號m中的障礙段，需另外引入一個輔助信號〔稱為制約信號〕x。利用“與〞關(guān)系把m和x相“與〞得到無障礙的派生信號m*。排障表達(dá)式：m*=m.x選擇制約信號x的原那么：使x在障礙信號m的執(zhí)行段存在，在m的障礙段不存在。制約信號x的起點：應(yīng)在障礙信號m開始之前。制約信號x的終點：應(yīng)在障礙信號m的無障礙段中。注意：一般應(yīng)盡量用系統(tǒng)中某原始信號〔或原始信號的“非〞信號〕作為制約信號。舉例說明：見圖7-6中a*1=(B0)=a1.c0。邏輯“與〞運算的實現(xiàn)1：可用一個單獨的邏輯“與〞元件實現(xiàn)。邏輯“與〞運算的實現(xiàn)2：可用一個行程閥兩個信號的串聯(lián)。邏輯“與〞運算的實現(xiàn)3：用兩個行程閥的串聯(lián)實現(xiàn)?！?〕用中間記憶元件排障：當(dāng)在X—D線圖上找不到直接可用來作制約信號的信號時，可采用增加一個輔助閥的方法來排除障礙。這里的輔助閥又稱為中間記憶元件，一般為雙穩(wěn)元件或單記憶元件。其方法：是用中間記憶元件的輸出信號Ktd作為制約信號，用它和障礙信號m相“與〞以排除掉m中的障礙。排障表達(dá)式：m*=m.Ktd。當(dāng)t有氣時K閥有輸出，而當(dāng)d有氣時K閥無輸出，很明顯t與d不能同時存在，只能一先一后存在。反映在X—D線圖上，那么二者不能重合，滿足制約關(guān)系：t.d=0其中：t—輔助閥K“通〞的控制信號，起點應(yīng)選在m信號起點之前〔或同時〕，終點應(yīng)在m的無障礙段中。d—輔助閥K“斷〞的控制信號，起點應(yīng)在m信號起點之后到障礙段之前，終點應(yīng)在m障礙段結(jié)束之前。t與d之間一般不應(yīng)有障礙?！踩矷型障礙信號的排除結(jié)果排障結(jié)果：要繪制在X—D線圖中的備用格中。采用邏輯“與〞排障：a*1(B0)=a1.c0b*0(D1)=b0.c0d*0(B1)=d0.c1b*1(A0)=b1.c1五、繪制氣控邏輯原理圖氣控邏輯原理圖：是根據(jù)X—D線圖的執(zhí)行信號表達(dá)式及考慮手動、啟動、復(fù)位等所畫出的邏輯方框圖。氣控邏輯原理圖上的各元件，可由閥類元件、邏輯元件及射流元件組成，具體用那類元件適宜要經(jīng)過分析比較在確定。1.氣控邏輯原理圖根本組成和符號〔1〕邏輯控制回路主要是由“或〞、“與〞、“非〞、“記憶〞等邏輯符號表示。注意：其中任一符號為邏輯運算符號，不一定總代表某一確定的元件。因邏輯圖上的某邏輯符號在氣動回路原理圖上可由多種方案表示，如“與〞邏輯符號可是一種邏輯元件，也可由兩個氣閥串接而成。〔2〕行程發(fā)信裝置主要是行程閥，也包括啟動閥、復(fù)位閥等。這些符號加上小方框表示各種原始信號，而在小方框上畫相應(yīng)的符號者表示各種手動閥。〔3〕執(zhí)行元件的操縱圖由主控閥的輸出表示。主控閥常采用雙氣控方式，可用邏輯記憶符號表示。2.氣控邏輯原理圖的畫法：根據(jù)X—D線圖中執(zhí)行信號欄的邏輯表達(dá)式，用上述符號畫出的?！?〕把系統(tǒng)中每個執(zhí)行元件的兩種狀態(tài)與主控閥相連后，自上而下一個個畫在圖右側(cè)。〔2〕把發(fā)信器〔如行程閥等〕大致對應(yīng)其所控制的元件，一個個畫在圖的左側(cè)?！?〕在圖上要反映出執(zhí)行信號的邏輯表達(dá)式中邏輯符號之間關(guān)系，并畫出操作必要增加的閥〔如啟動閥〕。得到：圖7-20氣動機械手邏輯原理圖其中之一六、繪制氣控回路原理圖氣控回路原理圖是根據(jù)邏輯原理圖繪制的。1.直觀習(xí)慣畫方法：執(zhí)行元件水平或垂直排列，在執(zhí)行元件的下面或左側(cè)畫上相對應(yīng)的主控閥；而把行程閥直觀地畫在各氣缸活塞桿伸縮狀態(tài)對應(yīng)的水平位置上。見圖7-21。2.仿邏輯原理圖畫法：其畫法特點是執(zhí)行元件、行程閥、主控閥的布置仿照邏輯原理圖的布置，如圖7-22所示。各執(zhí)行元件由上至下平行的排列在右邊，主控閥放在相應(yīng)氣缸的左下方，活塞桿伸縮兩端點位置標(biāo)出相應(yīng)行程閥的符號。各行程閥大致排列在左邊。§7-5氣控邏輯回路設(shè)計的卡諾圖法概念：卡諾圖法是一種簡化邏輯函數(shù)的圖解方法。方法：這種方法用一些和變量有關(guān)的方格組成的矩陣來表示邏輯函數(shù)，每一個方格代表一個邏輯“與〞函數(shù)，用此邏輯函