气压设计回路方法.doc

氣壓直覺法迴路設計原理5-5直覺法設計直覺法之設計規則如下：(1)方向閥控制必須滿足氣壓第一精神方向控制閥於控制時，兩邊之嚮導控制信號不可同時存在。(2)先畫出系統之工作元件氣缸之控制鏈(3)在安排信號元件之種類(a)信號元件控制其它氣缸之動作時，採用單向極限開關。(b)信號元件控制本身氣缸之動作時，採用雙向極限開關(4)設計成功率為99%，有1%例外(乃是因動作順序已經滿足氣壓控制第一精神，即可使用雙向極限開關)直覺法之設計實例一，系統控制架構圖，如圖5-4所示；系統位移步驟圖，如圖5-5所示。圖5-4系統架構圖圖5-5系統位移步驟圖設計步驟由圖5-6說明所示：圖5-6設計步驟圖系統控制設計圖，如圖5-7所示。圖5-7 直覺法設計迴路範例一直覺法之設計實例二，系統控制架構圖，如圖5-8所示；系統位移步驟圖，如圖5-9所示。圖5-8 系統架構圖圖5-9系統位移步驟圖設計步驟由圖5-10說明所示：圖5-10設計步驟圖系統控制設計圖，如圖5-11所示。圖5-11 直覺法設計迴路範例二直覺法系統迴路設計模擬圖氣壓串級法設計原理5-6氣壓串級法(cascade method)設計理論氣壓串級法之設計理論，是根據氣壓的第一、二精神發展出的一種設計方法，其基本理論分述如下：(1)為一種控制迴路之隔絕法。(2)主要是利用換級之信號元件，使回動閥(4/2閥)產生切換動作，使控制元件方向閥滿足氣壓的第一控制精神，即方向閥之嚮導信號不可同時存在。(3)當回動閥作換級切換時，其理論可保證任何時刻僅有一級之壓力源有壓力，其作動原理如圖5-12所示。(4)由分級之級數數目，來決定回動閥的個數，並以階梯方式串聯之，最後一個回動閥要偏位(即每完成一個循環時，乃是最後一級有信號，所以啟動時最後一個回動閥是處在偏位之狀態)，故稱串級法。(5)回動閥之個數 = 級數-1(6)串級法一律用雙向極限開關，成功率100%。5-6-1回動閥控制設計架構回動閥之控制原理，其主要的目的是控制系統之壓力源，依其作動方法，可滿足任何時刻，僅一級有壓力源，因任一方向閥之嚮導信號由不同級數之壓力源控制，故絕對滿足氣壓第一精神，回動閥之配置圖如圖5-12所示。圖5-12 回動閥控制設計架構:表信號元件使第4級壓力源切換成第1級:表信號元件使第1級壓力源切換成第2級:表信號元件使第2級壓力源切換成第3級:表信號元件使第3級壓力源切換成第級45-6-2回動閥換級作動原理當系統由最後一級開始啟動時，第三個回動閥產生切換，向左改變位置，壓力源由第四級切換至第一級，此時只有第一級有壓力，其餘第二、三、四級均為排氣，其狀態圖如圖5-13所示。此過程完成後，本級為第一級，歸置(Reset)上一級(即第四級)，預備產生(set)下一級(即第二級)，此為氣壓第二精神。特別注意是換級之信號元件的壓力由上一級(即第四級)供應。圖5-13 壓力源由第四級換第一級之作動原理當信號元件使壓力源由第一級切換制第二級時，第一個回動閥產生切換，向右改變位置，壓力源由第一級切換至第二級，此時只有第二級有壓力，其餘第一、三、四級均為排氣，其狀態圖如圖5-14所示。此時本級為第二級，上一級為第一級，下一級為第三級。特別注意是換級之信號元件的壓力由上一級(即第一級)供應。圖5-14 壓力源由第一級換第二級之作動原理當信號元件使壓力源由第二級切換至第三級時，第二個回動閥產生切換，向右改變位置，壓力源由第二級切換至第三級，並將第二級歸置(Reset)處理，此時只有第三級有壓力，其餘第一、二、四級均為排氣，其狀態圖如圖5-15所示。此時本級為第三級，上一級為第二級，下一級為第四級。特別注意是換級之信號元件的壓力由上一級(即第二級)供應。圖5-15 壓力源由第二級換第三級之作動原理當信號元件使壓力源由第三級切換至第四級時，第三個回動閥產生切換，向右改變位置，壓力源由第三級切換至第四級，此時只有第四級有壓力，其餘第一、二、三級均為排氣，其狀態圖如圖5-16所示。此時本級為第四級，上一級為第三級，下一級為第一級。特別注意是換級之信號元件的壓力由上一級(即第三級)供應。圖5-16 壓力源由第三級換第四級之作動原理5-6-3串級法之設計規則串級法之設計規則如下(1)滿足氣壓第一精神方向閥控制時，嚮導控制信號兩邊不可同時存在。(2)滿足氣壓第二精神產生本級信號將上一級作復歸(Reset)預備產生下一級(Set)5-6-4串級法之設計步驟串級法之設計步驟一、二、三如圖5-17、5-18、5-19所示：圖5-17串級法設計步驟一圖5-18串級法設計步驟二圖5-19串級法設計步驟三5-6-5串級法之設計實例串級法之實例，其系統架構圖，如圖5-20所示。圖5-20系統控制架構圖系統位移步驟圖，如圖5-21所示圖5-21系統位移步驟圖系統迴路控制圖，如圖5-22所示圖5-22系統迴路控制圖氣壓循環步進法設計原理5-7氣壓循環步進法(Sequence-step)設計理論氣壓循環步進法之設計理論，亦是根據氣壓的第一、二精神發展出的一種設計方法，其基本理論分述如下：(1)各級的壓力源由一個階段控制。(2)每一個階段包含：一個3/2位閥之記憶元件及一個雙壓閥，階段之構造如圖5-23所示。當上一級之壓力源與換級之極限開關之信號同時存在時，產生3/2方向閥切換，致使產生本級信號，且將上一級之壓力源消除之，且預備產生下一級之壓力源。(3)信號元件一律用輥輪作動之雙向極限開關。(4)分級法則如串級法，階段個數=級數。(5)階段之配管如圖5-24所示，非常有規則，若依(上一級壓力源，本級壓力源，下一級之壓力源)的理論配線對，以四級為例其配線對： (4,1,2)(1,2,3)(2,3,4)(3,4,1)圖5-23 階段控制配線圖圖5-24 系統階段配管圖5-7-1循環步進法設計規則循環步進法之設計規則如下(1)滿足氣壓第一精神方向閥控制時，嚮導控制信號兩邊不可同時存在。(2)滿足氣壓第二精神產生本級信號將上一級作復歸(Reset)預備產生下一級(Set)5-7-2循環步進法設計方法循環步進法之設計方法有：(1)最小法(minimum)利用標準分級法，得到最少之級數。(2)最多法(maximum)分級時將每一動作當一級，得到最多之級數。5-7-3循環步進法之設計步驟循環步進法之設計步驟一、二、三如圖5-25、5-26、5-27所示：圖5-25循環步進法設計步驟一圖5-26 循環步進法設計步驟二圖5-27循環步進法設計步驟三5-7-4循環步進法之設計實例串級法之實例，其系統架構圖，如圖5-28所示。圖5-28系統控制架構圖系統位移步驟圖，如圖5-29所示圖5-29系統位移步驟圖控制系統分級時，可以最小法(minimum)及最多法(maximum)設計之，分級之結果如圖5-30所示：圖5-30 控制系統分級圖系統迴路控制圖，以最小法設計之如圖5-31所示。圖5-31最少法之控制迴路圖系統迴路控制圖，以最多法設計之如圖5-32所示。圖5-32最多法控制迴路圖氣壓模組法設計原理5-8氣壓模組法簡介德國Festo公司，於氣液壓控制之教學設備是世界一流，全世界學校單位及職訓單位廣為採用，於氣壓機械式之控制系統中，其模組法控制技術，是整合其直覺法、串級法、循環步進法(最多法及最少法)，而發展出的一種快速、簡易的設計方法，其優點及理論分述於後:一、模組法設計之優點 (1)節省控制系統的設計時間。(2)設計理論簡單容易。(3)變更控制容易迅速。(4)控制系統組件排列整齊清楚。(5)維修容易及除錯容易。(6)安全可靠。二、模組法控制圖之表示法模組法之控制圖表示法為DIN/ISO 1219之標準，其表示法如圖5-33所示。圖5-33 模組法控制步驟表示法 其步驟為當啟動開關(Start)按下，產生A+之引導控制信號，接至A氣缸方向閥A+的位置，使A氣缸前進，前進至終點時碰到a1之極限開關；產生換動作之B+引導控制信號， 接至B氣缸方向閥B+的位置，產生B氣缸前進，前進至終點時碰到b1之極限開關；產生換動作之B-引導控制信號，接至B氣缸方向閥B-的位置，產生B氣缸後退，後退至終點時碰到b0之極限開關；產生換 動作之A-引導控制信號，接至A氣缸方向閥A-的位 置，產生A氣缸後退，後退至終點時碰到b0之極限開關；完成循環控制，在按啟動開關(Start)，再重新開始。三、模組元件之組合架構模組法元件之組合架構如圖5-34所示共有六組信號，圖中：Y:表啟動(Set)下一組之信號。P:表系統壓力源。Z:表模組元件之個別歸置(Reset)信號。L:表模組元件之全部歸置(Reset)信號。A+,B+,B-,A-:表模組元件之輸出信號，為方向閥之引導控制信號。a1 b1 b0 a0:表模組元件之輸入信號，為換動作之極限開關。圖5-34 模組元件組合架構圖模組元件之實體構造如圖4-35所示為AAAA模組，圖5-36為AAAB模組，每一模組均有二個信號，一為輸出，一為輸入，輸出信號接至方向閥作嚮導控制，以便控制氣缸前進及後退，完成氣缸動作將其所對應之極限開關信號回授至模組輸入位置，即完成一個動作。圖4-35 AAAA模組元件實體構造圖4-36 AAAB模組元件實體構造5-9模組元件之特性模組法設計時元件必須滿足：(1)氣壓第一精神方向閥控制時，嚮導控制信號兩邊不可同時存在。(2)氣壓第二精神產生本級信號將上一級作復歸(Reset)預備產生下一級(Set)5-9-1模組元件之作動原理模組元件之作動原理如圖5-37所示，說明如下：當最後一級之Yn+1有信號，且按下啟動開關(Start)時，則產生A1有信號，並產生一個Z信號(Reset)至Zn+1將A4信號消除之，A1控制之相對動作完成後，藉助極限開關產生X1之輸入(Input)信號；與本級信號作AND處理，產生(Set)下一級A2信號，並消除(Reset)A1之信號，而預備產生(Set)下一級之A3信號；當A2引導信號相對之控制動作完成後，藉助極限開關產生X2之輸入(Input)信號；與A2信號作AND處理，而順利產生A3引導信號；同理以此類推；至最後一級時，完成動作時模組元件會產生Yn+1 之信號，作為系統之重新啟動之信號，如此系統可作連續循環。 圖5-37模組元件之作動原理5-9-2模組元件之種類(1)A型模組又稱為步進模組(Stepper) 其控制動作是每一模組有一組輸出(Output) / 輸入(Input)信號，輸出信號作為方向閥之引導控制信號，當完成其氣缸之相對動作時，將位置檢測之極限開關信號接回輸入端，即完成一個步驟；並產生下一個動作；並滿足氣壓之兩大精神。如模組輸出(Output)信號控制A+，完成動作後將極限開關a1的信號接至該模組之輸入端(Input)，即完成一個模組之控制。A型模組之作動為Z及L信號是控制模組歸置(Reset)，Y信號是控制模組啟動及信號輸出，X信號為完成動作的極限開關回授信號。模組控制鏈一步一步切換，故稱為步進模組，其構造如圖5-38所示。 圖5-38 A型模組元件之構造圖(2)B型模組又稱為監督模組(Moniter) B型模組與A型模組，最大的差別是L與Y信號是控制模組之啟動及信號輸出，當您使用過一次系統之緊急處理時，必使最後一個或最後一級之B模組完成其動作，而使系統保持在重新啟動之狀態，如同串級法及循環步進法之回動閥及階段閥的偏位處理；即系統完成一個循環動作時，處在最後一級或最後一個模組有信號，系統藉此才可正常可重新啟動產生另一循環的控制，故有B型模組系統保證是正常，故稱為監督模組(Moniter)，其構造如圖5-39所示。 圖5-39 B型模組元件之構造圖 (3)C型模組又為稱廉價模組(Cost Cutter) 因C型模組之構造較簡單，其設計步驟結合串級法之分級規則，每一級之第一個模組用A型模組，最後一級之第一個模組用B型模組，其餘之模組用C型模組，如此亦可滿足其氣壓控制兩大精神，因其成本較低，故稱為廉價模組，其構造如圖5-38所示，當第二級之A模組產生Z之歸置信號時，第一級之C模組Z之歸置信號時，將第一級之輸出信號全部消除(Reset)之，如此控制即可滿足氣壓第一精神。 圖5-40 C型模組元件之構造圖 圖5-40 C型模組元件之構造圖 5-9-3模組法設計原理模組法設計之規則有二：(1)最多法(maximum)，其設計步驟如下： 由位移步驟圖，寫出系統之控制動作順序。 假設系統之動作順序為：A+B+A-C+B-D+D-C-。 每一動作均視為一級。 每一級用A模組，最後一級用B模組，系統保證正常。 故模組之控制鏈為AAAAAAAB 優點：不需分級處理即可隨時改變控制動作順序。 缺點：成本比最少法高。(2)最少法(minimum)，其設計步驟如下： 由位移步驟圖，寫出系統之控制動作順序。 假設系統之動作順序為：A+B+A-C+B-D+D-C-。 分級處理：A+B+/A-C+B-D+/D-C-。 每一級用A模組，最後一級用B模組，其他模組用C型。 故模組之控制鏈為AC/ACCC/BC 優點：成本較低。 缺點：需分級處理才可改變其控制動作順序。模組法之設計步驟規則一、