《液压与气动》课件-第十二章 气动程序控制系统

全国高等职业教育示范专业规划教材

液压与气动主编马廉洁副主编单淑梅韩廷水参编张文祥

赵春红机械工业出版社第十二章气动程序控制系统

第一节气动基本回路第二节气动程序控制回路第十二章气动程序控制系统

程序控制是根据生产过程中的位移、压力、时间、温度、液位等物理量的变化，使被控制的执行元件按预先规定好的程序协调动作的种自动控制方式。本章将讨论气动程序控制系统的分析与设计。设计程序控制回路有多种方法，本章只介绍两种方法：直觉法和串级法。从控制信号来说，气动程序控制回路有气控回路和电控回路两种。设计方法以气控回路为例说明。第一节气动基本回路

气动系统由气源、控制元件、执行元件和辅助元件等组成，并完成规定的动作。任何复杂的气压传动系统，都是由一些具有特定功能的气动基本回路组成。在气动系统分析、设计之前，先介绍一些气动基本回路和常用回路，了解回路的功能，熟悉回路的构成和性能，便于气动控制系统的分析和设计，以组成完善的气动控制。

一、气动回路的符号表示法工程上，气动系统回路图是以气动元件职能符号组合而成的，故读者应对前述所有气动元件的功能、符号与特性熟悉和了解。第一节气动基本回路

以气动符号所绘制的回路图可分为定位和不定位两种表示法。定位回路图是以系统中元件实际的安装位置绘制的。

定位回路图第一节气动基本回路

不定位回路图不是按元件的实际位置绘制的，而是根据信号流动方向，从下向上绘制的，各元件按其功能分类排列，顺序依次为气源系统、信号输入元件、信号处理元件、控制元件、执行元件。本章主要使用此种回路表示法。（a）（b）不定位回路图（a）气动元件信号流（b）示例第一节气动基本回路

二、回路图内元件的命名气动回路图内元件常以数字和英文字母两种方法命名。1．数字命名在数字命名方法中，元件按照控制链分成几组，每一个执行元件连同相关的阀称为一个控制链。2．英文字母命名此类命名法常用于气动回路图的设计，并在回路中代替数字命名使用。在英文字母命名中，大写字母表示执行元件，小写字母表示信号元件。第一节气动基本回路

三、各种元件的表示方法在回路图中，阀和气缸尽可能水平放置。回路中的所有元件均以起始位置表示，否则另加注释。阀的位置定义如下：

1．正常位置阀芯未操作时阀的位置为正常位置。

2．起始位置阀已安装在系统中，并已通气供压，阀芯所处的位置称为起始位置，应标明。第一节气动基本回路

四、管路的表示在气动回路中，元件和元件之间的配管符号是有规定的。通常工作管路用实线表示，控制管路用虚线表示。而在复杂的气动回路中，为保持图面清晰，控制管路也可以用实线表示。管路尽可能画成直线以避免交叉。管路表示方法第一节气动基本回路

五、气动常用回路1．方向控制回路气动方向控制回路是通过控制进气方向，从而改变活塞运动方向的回路。（1）换向回路第一节气动基本回路

用单控阀的换向回路

用双控阀的换向回路（a）气控换向（b）电控换向（c）手控换向（a）双气控换向（b）双电控换向第一节气动基本回路

自锁式换向回路，主控阀采用无记忆功能的单控换向阀。

自锁式换向回路

1，2－手动阀3－气缸4－主控阀

第一节气动基本回路

（2）往复换向（振荡）回路气缸连续自动往复运动时，需要换向阀连续自动换向。换向指令信号一般通过行程阀或行程开关检测。下图为气缸自动进行往复振荡回路。换向振荡回路1，2－气控换向阀3－手动阀4－储气罐5－单向节流阀第一节气动基本回路

2．压力与力控制回路（1）压力控制回路对系统压力进行调节和控制的回路称为压力控制回路。一次压力控制回路

1－溢流阀2－空气压缩机3－单向阀4－气罐5－电接点压力表6－气源调节装置第一节气动基本回路

二次压力控制回路。

二次压力控制回路1－分水过滤器2－减压阀3－压力表4－油雾器第一节气动基本回路

高低压切换回路，利用换向阀实现高低压切换。该回路适用于两种工况差别较大的场合。高低压切换回路第一节气动基本回路

力控制回路（a）用两种压力控制（b）改变气缸作用面积1，5－减压阀2，4－手动换向阀5－气缸6，7，8－电磁换向阀（2）力控制回路

利用改变压力控制阀的调节压力、执行元件的受压面积或直接利用气液增压缸来实现对输出力控制的回路称为力控制回路。第一节气动基本回路

气液增压增力回路。利用气液增压缸1，把压力较低的气压变为压力较高的液压力以提高气液缸2的输出力。气液增压缸增力回路1－气液增压缸2－气液缸第一节气动基本回路

（a）（b）（c）（d）双作用气缸的节流调速回路3．速度控制回路

一般采用调速阀等流量控制阀来改变气缸进排气管路的阻力，以控制气缸速度的回路，称为速度控制回路。（1）进、排气节流回路第一节气动基本回路

单作用气缸的速度控制回路。（a）（b）单作用气缸的速度控制回路第一节气动基本回路

（a）（b）气液转换速度控制回路（2）气液转换调速回路

由于空气的可压缩性，在低速及传动负载变化大的场合可采用气液转换速度控制回路。

第一节气动基本回路

采用缓冲挡块的位置控制回路

多段气缸的控制回路

1－缓冲器2－机械挡块1－三通电磁阀2－五通电磁阀3－减压阀

4－快速排气阀5－单向节流阀4．位置控制回路

位置控制回路的功用是使执行元件在预定或任意位置停留。（1）机械挡块控制位置控制回路（2）阀控多位置控制回路

第一节气动基本回路

三位阀位置回路图

采用气液转换器（a）多位缸位置控制（b）单缸位置控制的位置控制回路利用换向阀的中位机能也可控制气缸活塞在任意位置停留。（3）气液转换器控制的位置控制回路第一节气动基本回路

（a）（b）（c）单往复运动回路（a）位置控制式（b）时间控制式（c）压力控制式5．往复及程序控制回路（1）往复动作回路双腔阀的记忆功能控制气缸单往复动作的回路。三种单往复回路分别称为位置控制式、时间控制式和压力控制式单往复动作回路。第一节气动基本回路

多往复动作回路。（a）（b）多往复运动回路（a）位置控制式（b）时间控制式第一节气动基本回路

（2）程序动作回路双缸顺序动作回路。缸A和缸B按A1→B1→B0→A0的顺序动作。A1→B1→B0→A0双缸顺序动作回路1－手动换向阀2，3，4－双气控阀5，6，7－行程阀第一节气动基本回路

（a）（b）自动和手动并用回路1－电磁阀2－手动阀3，4－单向节流阀5－气控换向阀6－梭阀8－电磁阀6．其他常用回路（1）手动和自动并用回路第一节气动基本回路（2）安全回路过载保护回路过载保护回路1－手动换向阀2－主控阀3－顺序阀4－梭阀5－手动换向阀第一节气动基本回路

互锁回路。（3）计数回路互锁回路

二进制计数回路

1，2，3－梭阀1－手动换向阀2－单气控阀3－双气控阀4，5，6，7，8，9－换向阀5，6－单向阀7－单向节流阀第一节气动基本回路

（4）延时回路

（a）（b）（a）（b）延时接通回路延时切断回路第一节气动基本回路

（5）冲压与冲击回路冲压回路1－气液转换器2－增压器3－三通高低压转换阀4－电磁换向阀第一节气动基本回路

冲击回路1－减压阀2－储气罐3－二位三通气控阀4－二位三通机动阀5－快速排气阀6－二位五通电磁阀第二节气动程序控制回路各种自动化机械或自动生产线大多是依靠程序控制来工作的。根据控制方式的不同，程序控制可分为时间程序控制、行程程序控制和混合程序控制三种。时间程序控制是指各执行元件的动作顺序按时间顺序进行的一种自动控制方式。时间信号通过控制线路，按一定的时间间隔分配给相应的执行元件，令其产生有顺序的动作，是一种开环控制系统。行程程序控制一般是一个闭环程序控制系统。它是前一个执行元件动作完成并发出信号后，才允许下一个动作进行的一种自动控制方式。混合程序控制通常在行程程序控制系统中包含了一些时间信号，实质上是把时间信号看作行程信号来处理的一种行程程序控制。本节主要讨论行程程序控制回路的设计。第二节气动程序控制回路一、动作顺序及发信开关作用状况的表示方法对执行元件的运动顺序及发信开关的作用状况，必须清楚地把它表达出来，尤其对复杂顺序及状况，必须借助于运动图和控制图来表示，这样才能有助于气动程序控制回路图的设计。1．运动图运动图是用来表示执行元件的动作顺序及状态的，按其坐标的表示不同可分为位移－步骤图和位移－时间图。1）位移－步骤图位移－步骤图描述了控制系统中执行元件的状态随控制步骤的变化规律。图中的横坐标表示步骤，纵坐标表示位移（气缸的动作）。第二节气动程序控制回路位移－步骤图位移－时间图2）位移－时间图

位移－步骤图仅表示执行元件的动作顺序，而执行元件动作的快慢，则无法表示出来。位移－时间图是描述控制系统中的执行元件的状态随时间变化规律的。横坐标表示动作时间，纵坐标表示位移（气缸的动作），从该图中可以清楚地看出执行元件动作的快慢。第二节气动程序控制回路2．控制图控制图用于表示信号元件及控制元件在各步骤中的接转状态，接转时间不计。如图，该制图表示行程开关在步骤2开启，而在步骤4关闭。第二节气动程序控制回路通常可在一个图上同时表示出运动图和控制图，这种图称为全功能图。第二节气动程序控制回路借助于全功能图，按照直觉法将很容易设计出气动回路图。气动回路图第二节气动程序控制回路二、障碍信号的消除方法延时阀切断信号回路第二节气动程序控制回路用延时阀消除障碍信号是常用方法之一。在任何气动回路中，遇到主控阀两端的控制口同时有信号时，先到的控制信号（障碍信号）必须在后来控制信号到达前切断，下面就常用障碍信号的消除方法做一说明。

1．采用单向滚轮杠杆阀采用单向滚轮杠杆阀使得气缸在一次往复动作中只发出一个脉冲信号，把存在障碍的长信号缩短为脉冲信号。第二节气动程序控制回路采用单向滚轮杠杆阀（a）（b）第二节气动程序控制回路2．采用延时阀

已经介绍的利用常通型延时阀消除障碍信号的方法，在用直觉法设计气动回路时较常用。3．采用中间记忆元件

记忆元件（脉冲阀）常用于串级法中消除障碍信号，是一种有效的排障方法。记忆元件

第二节气动程序控制回路动作顺序A＋B＋A－B－的位移－步骤图气缸和主控阀三、直觉法

经验法或传统法，即回路设计靠设计者的经验和能力而完成。〔例〕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。试设计其气动控制回路图。

第二节气动程序控制回路基本气动控制回路第二节气动程序控制回路全功能图第二节气动程序控制回路单一循环控制回路第二节气动程序控制回路自动连续往复循环控制回路第二节气动程序控制回路四、串级法

串级法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。第二节气动程序控制回路（a）（b）（c）各级串级转换气路（a）二级串级转换气路（b）三级串级转换气路（c）四级串级转换气路第二节气动程序控制回路（a）（b）（c）（d）四级串级供气原理图（a）x1信号输入（b）x2信号输入（c）x3信号输人（d）x4信号输人第二节气动程序控制回路采用此种排列，消除障碍信号比较容易，且是建