项目9拓展任务9.3 焊接装置气动顺序控制系统的设计

《液压与气动项目教程》项目9气动及电气动系统控制回路的装调拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计【教学目标】1.理解气动系统的换向控制、压力控制及流量控制回路的工作原理，能够通过回路图分析描述回路工作过程。2.能够根据控制要求，设计基本的气动系统控制回路，并选取恰当的气动元件组建气路。3.能够调试和维护气动回路，并对气路的一般故障进行排故分析。4.增强“增效提质”的生产理念，培养逆向思维和开拓创新的能力。项目9气动及电气动系统控制回路的装调

拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计1.气动顺序控制系统1.1气动顺序控制系统的定义及组成顺序控制系统是工业生产领域，尤其是气动装置中被广泛应用的一种控制系统。它是指根据生产过程中的物理量，例如位移、时间、压力、温度、液位等的变化，使控制对象的各执行元件按照预先设定的顺序或条件有序协调的工作，即在一个气动顺序控制系统中，下一步执行什么动作是预先确定好的，前一步的动作执行结束后，马上或经过一定的时间间隔再执行下一步动作，或者根据控制结果选择下一步应执行的动作。图9-27顺序控制系统的控制模型图9-27所示为典型的气动顺序控制系统的控制模型，主要由6部分组成：①信号输入——这是顺序控制系统的人机接口部分，信号的输入使用各种按钮开关来进行装置的启动或运行模式的选择等操作。②信号处理——这是顺序控制系统的核心部分，主要对输入信号进行处理和逻辑运算，产生能作用于主控阀的输出控制信号，可以作为信号处理和运算的元件有梭阀、双压阀、继电器、PLC等。③信号输出——这部分是接受被处理和运算后的微小控制信号，并将其转换成具有一定压力和流量的驱动气压力，以驱动执行机构动作。承担信号输出的元件有气控换向阀、电磁换向阀或各类压力、流量控制阀等。④动作执行——动作执行部分即执行机构，是将气压力转换为机械动作的部分，常用的元件有气缸、摆缸、气马达等。⑤信号检测与反馈——这部分是用来检测动作执行是否到位的，并将检测信号送到信号处理与运算回路中，从而做出下一步动作的判断。常用元件有行程阀、接近开关、各类传感器等。⑥显示与报警——这部分是用来显示系统运行情况，并对故障发出警报的，常用的元件有压力表、显示面板、报警灯、蜂鸣器等。拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计1.气动顺序控制系统1.1气动顺序控制系统的定义及组成拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计1.2气动顺序控制系统的信号处理方式1.气动顺序控制系统1)互锁约束功能，即动作次序是一定的，互相制约，不得随意变更；2)记忆保持功能，既要记住上一个动作并保持，后一步动作视前一步动作的情况而定。根据控制信号的种类以及所使用的控制元件，在工业生产领域应用的气动顺序控制系统中，常用的信号处理方式分为全气动控制方式和电气控制方式两种。气动顺序控制系统的信号处理要求如下：拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计2.气动顺序控制回路的设计案例分析2.1动作顺序的表达某气动系统是由两个双作用气缸A和B的顺序动作来完成工作，要求两个气缸满足动作顺序：A缸伸出→A缸缩回→B缸伸出→B缸缩回，气缸伸出和缩回位置位都由行程阀来检测，该动作顺序用程序式表示，可写成A1A0B1B0，进一步可用图9-28所示的工作程序图表示。图9-28A1A0B1B0动作工作程序图“1”表示气缸活塞杆伸出状态“0”表示气缸活塞杆缩回状态拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计2.2障碍信号的识别2.气动顺序控制回路的设计案例分析图9-29动作顺序A1A0B1B0的X-D线图在横向上序号1对应写动作A1、序号2对应写动作A0、序号3对应写动作B1、序号4对应写动作B0，在纵向的序号不仅依次对应动作顺序中的各个动作，同时也对应写出了各个动作的控制信号，例如a1(A0)信号的意思是信号a1控制动作A0，以此类推。动作线的起点是发生该动作的起点，重点是该动作结束的点。例如对于气缸A来说，动作A1是指气缸A活塞杆伸出动作，该动作的起点就是发生活塞杆伸出动作的起点，该动作的终点就是气缸A活塞杆开始缩回的时候，在X-D线图中，只占了序号1的时长。序号动作信号根据动作线画出信号线，信号线的起点与该信号所控制的动作的图线起点一致，信号线的终点是产生该信号的动作的图线终点。比如b0(A1)的信号线起点就是动作A1图线的起点，，终点是B0动作图线的终点。拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计动作线和信号线完成后就可以判断出障碍信号了。若信号线均比所控制的动作线短（或等长），则该信号为无障碍信号；若信号线比其所控制的动作线长，则该信号为障碍信号，多出来的长度的那部分线段就叫障碍段，用波浪线“~~~”表示。通过图9-29的图线可以看出，b0（A1）和a0(B1)这两个信号的线比它们控制的动作线要长，因此b0(A1)和a0(B1)就是障碍信号。图9-29动作顺序A1A0B1B0的X-D线图2.2障碍信号的识别2.气动顺序控制回路的设计案例分析拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计2.3障碍信号段的消除2.气动顺序控制回路的设计案例分析消除障碍就是把一个长信号变成一个短信号，从而使控制信号线的长度等于或小于该信号所控制的动作线。辅助阀法就是在回路中引入其他控制阀，一般选用具有记忆功能的双稳元件（双稳元件平时总是处于两种稳定状态中的某一种状态，只有输入切换信号后，它才能从一个状态切换到另一状态，比如双气控换向阀）产生一个制约信号，通过这个制约信号和有障碍的信号进行逻辑运算来消除障碍，比如采用逻辑“与”运算，其表达式为

，其中

就是障碍信号，

是消障后的可用信号，

就是通过双稳元件产生的制约信号。图9-30双稳元件产生制约信号的过程图9-30为双稳元件产生制约信号的过程，此处的双稳元件采用的是双气控换向阀，其控制信号是t和d.当t有气信号时，双气控换向阀换向到左位，此时

所在的气路上有气信号输出，当d有气信号时，双气控换向阀换向到右位，

所在的气路与大气相通而无气信号输出，但

所在的气路上有气信号输出。由此得出结论：在X-D线图中，制约信号

图线的起点就是t信号图线的起点，终点就是d信号图线的起点；同理，制约信号

图线的起点就是d信号图线的起点，终点就是t信号图线的起点。拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计2.3障碍信号段的消除2.气动顺序控制回路的设计案例分析图9-30双稳元件产生制约信号的过程拓展任务9.3焊接装置气动顺序控制系统的设计图9-29动作顺序A1A0B1B0的X-D线图现在通过图9-29的X-D线图，就可以看出，对于障碍信号b0(A1)来说，其制约信号的图线可以是以b1信号图线的起点为起点、以a1信号图线的起点为终点的

，因为障碍信号b0(A1)与此制约信号进行逻辑“与”运算后，即=，其在X-D线图上的信号线长度正好就等于所控制动作A1的动作线长度了，意味着消障成功。2.3障碍信号段的消除2.气动顺序控制回路的设计