气动逻辑控制阀工作原理详解.doc

气动逻辑控制阀工作原理详解1 逻辑控制概述任何一个实际的控制问题都可以用逻辑关系来进行描述。从逻辑角度看，事物都可以表示为两个对立的状态，这两个对立的状态又可以用两个数字符号“l”和“0”来表示。它们之间的逻辑关系遵循布尔代数的二进制逻辑运算法则。同样任何一个气动控制系统及执行机构的动作和状态，亦可设定为“1”和“0”。例如将气缸前进设定为“l”，后退设定为“0”；管道有压设定为“1”，无压设定为“0”；元件有输出信号设定为“1”，无输出信号设定为“0”等。这样，一个具体的气动系统可以用若干个逻辑函数式来表达。由于逻辑函数式的运算是有规律的，对这些逻辑函数式进行运算和求解，可使问题变得明了、易解，从而可获得最简单的或最佳的系统。总之，逻辑控制即是将具有不同逻辑功能的元件，按不同的逻辑关系组配，实现输入、输出口状态的变换。气动逻辑控制系统，遵循布尔代数的运算规则，其设计方法已趋于成熟和规范化，然而元件的结构原理发展变化较大，自60年代以来已经历了三代更新。第一代为滑阀式元件，可动部件是滑柱，在阀孔内移动，利用了空气轴承的原理，反应速度快，但要求很高的制造精度；第二代为注塑型元件，可动件为橡胶塑料膜片，结构简单，成本低，适于大批量生产；第三代为集成化组合式元件，综合利用了电、磁的功能，便于组成通用程序回路或者与可编程序控制器（PLC）匹配组成气电混合控制系统。2 逻辑元件(Pneumatic logical elements)气动逻辑元件是用压缩空气为介质，通过元件的可动部件（如膜片、阀心）在气控信号作用下动作，改变气流方向以实现一定逻辑功能的气体控制元件。实际上气动方向控制阀也具有逻辑元件的各种功能，所不同的是它的输出功率较大，尺寸大。而气动逻辑元件的尺寸较小，因此在气动控制系统中广泛采用各种形式的气动逻辑元件（逻辑阀）。3 气动逻辑元件的分类气动逻辑元件的种类很多，可根据不同特性进行分类。a按工作压力（1）高压型 工作压力 0.20.8MPa（2）低压型 工作压力 0.050.2MPa（3）微压型 工作压力 0.0050.05MPab按结构型式元件的结构总是由开关部分和控制部分组成。开关部分是在控制气压信号作用下来回动作，改变气流通路，完成逻辑功能。根据组成原理，气动逻辑元件的结构型式可分为三类：（1）截止式 气路的通断依靠可动件的端面（平面或锥面）与气嘴构成的气口的开启或关闭来实现。（2）滑柱式（滑块型） 依靠滑柱（或滑块）的移动，实现气口的开启或关闭。（3）膜片式 气路的通断依靠弹性膜片的变形开启或关闭气口。c按逻辑功能对二进制逻辑功能的元件，可按逻辑功能的性质分为两大类：（1）单功能元件 每个元件只具备一种逻辑功能，如或、非、与、双稳等。（2）多功能元件 每个元件具有多种逻辑功能，各种逻辑功能由不同的连接方式获得。如三膜片多功能气动逻辑元件等。4.1 高压截止式逻辑元件高压截止式逻辑元件是依靠控制气压信号推动阀心或通过膜片的变形推动阀芯动作，改变气流的流动方向以实现一定逻辑功能的逻辑元件。气压逻辑系统中广泛采用高压截止式逻辑元件。它具有行程小、流量大、工作压力高、对气源压力净化要求低，便于实现集成安装和实现集中控制控制等，其拆卸也方便。a或门元件图24为或门元件的结构原理。A、B为元件的信号输入口，S为信号的输出口。气流的流通关系是：A、B口任意一个有信号或同时有信号，则S口有信号输出；逻辑关系式：S=A+B。1 下阀座 2 阀芯 3 上阀座图24 气动或门元件b是门和与门元件图25为是门和与门元件的结构原理。在A口接信号，S为输出口,中间孔接气源P情况下，元件为是门。在A口没有信号的情况下，由于弹簧力的作用，阀口处在关闭状态；当A口接入控制信号后，气流的压力作用在膜片上，压下阀芯导通P、S通道，S有输出。指示活塞8可以显示S有无输出；手动按钮7用于手动发讯。元件的逻辑关系为：S=A。1 弹簧 2 下密封阀芯 3 下截止阀座 4 上截止阀座 5 上密封阀芯 6 膜片 7 手动按钮 8 指示活塞图25 气动是门和与门元件若中间孔不接气源P而接信号B，则元件为与门。也就是说，只有A、B同时有信号时S口才有输出。逻辑关系式：S=AB。c非门和禁门元件非门和禁门元件的结构原理如图26。在P口接气源，A口接信号，S为输出口情况下元件为非门。在A口没有信号的情况下，气源压力P将阀心推离截止阀座1，S有信号输出；当A口有信号时，信号压力通过膜片把阀芯压在截止阀座1上，关断P、S通路，这时S 没有信号。其逻辑关系式：S=A取反。1 下截止阀座 2 密封阀芯 3 上截止阀座 4 阀芯 5 膜片 6 手动按钮 7 指示活塞图26 气动非门和紧门元件在A口无信号而B口有信号时，S有输出。A信号对B信号起禁止作用，逻辑关系式：S=A取反B。d或非元件如图27，或非元件是在非门元件的基础上增加了两个输入端，即具有A、B、C三个信号输入端。在三个输入端都没有信号时，P、S导通，S有输出信号。当存在任何一个输入信号时，元件都没有输出。元件的逻辑关系式：S=(A+B+C)取反。1 下截止阀座 2 密封阀芯 3 上截止阀座 4 膜片 5 阀柱图27 气动或非元件或非元件是一种多功能逻辑元件，可以实现是门、或门、与门、非门或记忆等逻辑功能。e双稳元件双稳元件属于记忆型元件，在逻辑线路中具有重要的作用。图示13.28为双稳元件的工作原理。当A有信号输入时，阀芯移动到右端极限位置，由于滑块的分隔作用，P口的压缩空气通过S1输出，S2与排气口T相通；在A信号消失后B信号到来前，阀芯保持在右端位置，S1总有输出；当B有信号输入时，阀芯移动到左端极限位置，P口的压缩空气通过S2输出，S1与排气口T相通；在B信号消失后A信号到来前，阀芯保持在右端位置，S2总有输出；这里，两个输入信号不能同时存在。元件的逻辑关系式为：S1=KAB;S2=KBA。1 滑块 2 阀芯 3 手动按钮 4 密封圈图28 双稳元件4.2 高压膜片式逻辑元件高压膜片式逻辑元件是利用膜片式阀芯的变形来实现其逻辑功能的。最基本的单元是三门元件和四门元件。a三门元件图示13.29为三门元件的工作原理。它由上、下气室及膜片组成，下气室有输入口A和输出口S，上气室有一个输入口B，膜片将上、下两个气室隔开。因为元件共有三个口，所以称为三门元件。A口接气源（输入），S口为输出口，B口接控制信号。若B口无控制信号，则A口输入的气流顶开膜片从S口输出，如图29b；如S口接大气，若A 口和B口输入相等的压力，由于膜片两边作用面积不同，受力不等，S口通道被封闭，A、S气路不通,如图29c。若S口封闭，A、B口通入相等的压力信号，膜片受力平衡，无输出，13.29d。但在S口接负载时，三门的关断是有条件的，即S口降压或B口升压才能保证可靠地关断。利用这个压力差作用的原理，关闭或开启元件的通道，可组成各种逻辑元件。其图形符号如图29e。1 截止阀口 2 膜片图29 三门元件b四门元件四门元件的工作原理如图30。膜片将元件分成上、下两个气室，下气室有输入口A和输出口B，上气室有输入口C和输出口D，因为共有四个口，所以称之为四门元件。四门元件是一个压力比较元件。就是说膜片两侧都有压力且压力不相等时，压力小的一侧通道被断开，压力高的一侧通道被导通；若膜片两侧气压相等，则要看那一通道的气流先到达气室先到者通过，迟到者不能通过。1 下截止阀口 2 膜片 3 上截止阀口图30 四门元件当A、C口同时接气源，B口通大气，D口封闭时，则D口有气无流量，B口关闭无输出，如图30b；此时若封闭B口，情况与上述状态相同，如图30c此时放开D，则C至D气体流动，放空，下气室压力很小，膜片上气室气体由A输入，为气源压力，膜片下移，关闭D口，则D无气，B有气但无流量，如图0d；同理，此时再将D封闭，元件仍保持这一状态。根据上述三门和四门这两个基本元件，就可构成逻辑回路中常用的或门、与门、非门、记忆元件等。4.3 逻辑元件的选用气动逻辑控制系统所用气源的压力变化必须保障逻辑元件正常工作需要的气压范围和输出端切换时所需的切换压力，逻辑元件的输出流量和响应时间等在设计系统时可根据系统要求参照有关资料选取。无论采用截止式