《液压与气动项目教程》课件 项目9 气动及电气动系统控制回路的装调

《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工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调【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

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调1.气动换向回路1.1单作用气缸换向回路气动换向回路的原理是利用各种方向控制阀，来改变压缩空气的流动方向和气流的通断，实现对气动执行元件（如气缸、气马达等）气路的换向，从而达到执行元件起动、停止及运动方向改变的目的。（a）直接控制方式

（b）间接控制方式图9-4单作用气缸换向回路图9-4a所示为单作用气缸直接换向回路，按下点动二位三通换向阀的按钮，气缸活塞杆伸出，松开按钮，气缸活塞杆缩回。图9-4b所示为单作用气缸间接换向回路，按下点动二位三通换向阀的按钮后，单气控二位三通换向阀换向，气缸活塞杆伸出，松开点动按钮，单气控换向阀弹簧复位，气缸活塞杆缩回。

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调1.气动换向回路1.2双作用气缸换向回路（a）直接控制方式

（b）间接控制方式图9-5

双作用气缸换向回路图9-5a所示为双作用气缸直接换向回路，按下点动二位五通换向阀的按钮，气缸活塞杆伸出，松开按钮，气缸活塞杆缩回。图9-5b所示为单作用气缸间接换向回路，按下点动二位三通换向阀的按钮后，单气控二位五通换向阀换向，气缸活塞杆伸出，松开点动按钮，单气控换向阀弹簧复位，气缸活塞杆缩回。

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调2.压力控制回路压力控制回路是利用压力控制元件（参见任务8.2的2.2压力控制阀）对气动系统的气压力进行调节和控制。在气动系统中，压力控制主要包括：气源压力控制、高低压切换控制、增压控制等。2.1气源压力控制回路图9-6

气源压力控制回路1-单向阀；2-储气罐；3-电接点压力表；4-安全阀(溢流阀)；5-分水滤气器；6-减压阀；7-压力表；8-油雾器在图9-6气源压力控制回路中，一次压力控制是利用电接点压力表3来实现对空压机启停的控制，从而控制气罐内的压力，需要注意的是，当电接点压力表3损坏时，安全阀4会开启溢流，从而保证气罐内压力不会持续升高。一次压力控制回路的出口压力还需要根据气动工作系统的实际需要进行二次调压，通常是由过滤器、减压阀、油雾器组合在一起的气源处理装置（参见任务8.1的4.3气源处理装置）进行二次压力控制。

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调2.2高低压转换回路2.压力控制回路（a）由减压阀控制的高低压转换回路

（b）由减压阀和换向阀控制同一系统高低压回路图9-7

高低压转换回路

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调2.3增压控制回路2.压力控制回路图9-8所示为气液增压缸增压控制回路，借助气液增压缸将低的气压变为较高的液压，从而提高液压缸的输出力。图9-8气液增压缸增压回路1-二位三通按钮阀；2-气液增压缸；3-单向节流阀；4-单作用液压缸

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调3.速度控制回路速度控制回路是利用流量控制元件来调节气缸的运动速度或实现气缸的缓冲等，气缸活塞调速的方法主要是节流调速来实现。3.1单作用气缸调速回路（a）单向节流控制

（b）快速排气控制图9-9单作用气缸速度控制回路1、2-单向节流阀；3-节流阀；4-快速排气阀图9-9a中，由两个单向节流阀分别控制气缸活塞杆的升降速度。按下点动按钮阀，压缩空气经单向节流阀1进气节流，气缸活塞杆可调速伸出，松开点动按钮阀，气缸经单向节流阀2，排气节流，气缸活塞杆可调速缩回。图9-9b中，由可调的节流阀和快速排气阀分别控制气缸活塞杆的升降速度。按下点动按钮阀，压缩空气经节流阀3使气缸上升时可调速，松开点动按钮阀时，气缸无杆腔通过快速排气阀4快速排气，使气缸快速返回。

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调3.速度控制回路3.2双作用气缸调速回路表9-1是常见的双作用气缸调速回路，利用排气节流阀、单向节流阀、快速排气阀可以实现气缸动作速度的控制。表9-1双作用气缸调速回路

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调3.速度控制回路3.2双作用气缸调速回路表9-1是常见的双作用气缸调速回路，利用排气节流阀、单向节流阀、快速排气阀可以实现气缸动作速度的控制。续表9-1双作用气缸调速回路

工作任务9.1气动物料分拣装置气动系统装调3.3缓冲调速回路3.速度控制回路图9-10

缓冲调速回路双作用气缸；2-快速排气阀；3-单向节流阀；4-单气控二位五通换向阀；5-行程阀；6-二位二通按钮换向阀由于气动执行元件动作速度较快，当活塞惯性力大时，可采用图9-10所示的缓冲回路。当气缸1的活塞向右运动时，其有杆腔的气体经行程阀5排气，直到活塞运动到A1位置碰触到行程阀5，有杆腔的气体将不经过行程阀5而是经过单向节流阀3节流排气，从而使活塞杆低速运动到终点，即达到缓冲作用。《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工作任务9.2气动压铆装置气动系统综合控制回路装调【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

工作任务9.2气动压铆装置气动系统综合控制回路装调1.气动互锁回路图9-15气动互锁回路1、2、3-双作用气缸；4、5、6-梭阀；7、8、9-弹簧复位式双气控换向阀；10、11、12-复位式手动换向阀如图9-15所示的回路，利用梭阀与双气控换向阀实现互锁，以防止各缸的活塞同时动作。当按下手动换向阀10时，弹簧复位式双气控换向阀7的气控口有信号，换向左位，气缸1活塞杆伸出。与此同时，气缸1的进气管路的气体经梭阀4和5分别送到双气控换向阀8和9的右侧位，此时，即使按下点动按钮阀11和12，换向阀8和9都不会换向，气缸2和3也就不会动作，松开手动换向阀10，弹簧复位式双气控换向阀7的左位没有气信号，在弹簧作用下复位右侧，气缸1活塞杆缩回。同理，按下换向阀11时，换向阀10和12被锁，按下换向阀12时，换向阀10和11被锁。如果要改换缸的动作，必须使前面动作的缸复位后才行。工作任务9.2气动压铆装置气动系统综合控制回路装调2.安全保护回路安全生产必须依靠科学技术，气动技术作为实现自动化生产的重要手段之一，在使用过程中由于执行元件的过载、气压的突降以及气动执行机构的快速动作等都可能危及操作人员或设备的安全，因此在气动回路中加入安全保护是非常必要的，除采用常见的溢流阀外（可参考液压控制部分的内容），常有如下的一些安全保护回路。2.1过载保护安全回路图9-16过载保护回路1-气缸；2-双气控换向阀；3-复位式手动换向阀；4-行程阀；5-顺序阀；6-梭阀图9-16所示是一种过载保护回路。当气缸活塞杆伸出途中遇到某障碍或因其他原因使气缸过载时，气缸1无杆腔压力升高，当压力升高超过顺序阀5的预定值时，顺序阀5打开，压缩空气经梭阀5将双气控换向阀2换向至右位，使活塞杆返回，气缸无杆腔气体经主控阀2排出，从而防止系统过载，或防止活塞杆与障碍物发生严重磕碰或挤压。工作任务9.2气动压铆装置气动系统综合控制回路装调2.2双手操作安全回路2.安全保护回路（a）二位三通手动换向阀串联

（b）双压阀的逻辑“与”功能图9-

17

双手操作回路1-双作用气缸；2-单气控换向阀；3、4-复位式手动换向阀；5-双压阀双手操作回路有两种方式实现，一种是如图9-17a所示，将两个常闭型二位三通手动换向阀串联，另一种如图9-17b所示，利用双压阀的逻辑“与”功能控制。两种方式具备相同的控制逻辑，如果只按下其中一个复位式手动换向阀3或4，控制气缸动作的单气控换向阀2并不会换向。只有同时按下两个复位式手动换向阀3和4，才能使单气控换向阀2的控制口通入压力信号，使其换向，达到启动气缸动作的目的。工作任务9.2气动压铆装置气动系统综合控制回路装调3.往复动作回路3.1位置控制的单往复动作回路利用行程阀等来检测气缸的终端位置，可以实现气缸的往复动作。如图9-18所示，按下手动换向阀，双气控二位五通换向阀换向，气缸活塞杆伸出，当活塞杆伸出位置到达行程阀A1时，行程阀的滚轮被压下，气信号经行程阀到达双气控二位五通换向阀右位，气缸活塞杆缩回，完成一个往复运动。每按动一次手动换向阀，气缸就往复动作一次。图9-18位置控制的单往复动作回路

工作任务9.2气动压铆装置气动系统综合控制回路装调3.往复动作回路3.2压力控制的单往复动作回路图9-19压力控制的单往复动作回路1-双作用气缸；2-双气控二位五通换向阀；3-手动换向阀；4-压力顺序阀图9-19是利用压力顺序阀控制的单往复动作回路。按下手动换向阀3，使双气控二位五通换向阀2换向左位，气缸1活塞杆伸出。当气缸1无杆腔的压力达到压力顺序阀4的调定压力时，压力顺序阀4打开，换向阀2换至右位工作，活塞杆缩回，完成一次往复动作循环。需注意的是，气缸活塞杆是否后退取决于压力顺序阀4的调定压力，正常工作时，压力达到顺序阀的调定压力时活塞杆后退，而活塞杆在伸出过程中碰到过载情况时也会产生后退动作，所以，该回路还起到过载保护作用，过载时无法保证活塞到达行程终点。工作任务9.2气动压铆装置气动系统综合控制回路装调3.3时间控制的单往复动作回路3.往复动作回路图9-20时间控制的单往复动作回路1-双作用气缸；2-双气控二位五通换向阀；3-手动换向阀；4-压力容器；5-单向节流阀；6-行程阀图9-20是利用气容和单向节流阀实现时间控制的单往复动作回路。按下手动换向阀3，使双气控二位五通换向阀2换至左位，气缸1活塞杆伸出。当活塞杆伸出位置到达行程阀6时，行程阀6的滚轮被压下，气信号经行程阀6和单向节流阀5后，先进入压力容器4内，经过一段时间延迟，当压力容器4出口压力达到换向阀2的换向气信号压力值时，换向阀2换至右位，气缸1活塞杆缩回，完成一个往复运动。调节单向节流阀的开度，就可以调节气缸活塞杆返回的时间。这种回路结构简单，适用于活塞杆到达行程终端时作短暂停留的情况。工作任务9.2气动压铆装置气动系统综合控制回路装调3.4单缸连续往复动作回路3.往复动作回路图9-21单个气缸连续往复动作回路1-双作用气缸；2-双气控二位五通换向阀；3-自锁换向阀；4、5-行程阀连续往复动作回路是回路根据自身的动作信号判断气缸的伸出和缩回。图9-21所示为单个气缸连续往复动作回路，行程阀4发出缩回位置气信号，行程阀5发出伸出位置气信号。工作初始状态下，气缸1活塞杆是缩回状态，此时缩回位置的行程阀4的滚轮是被按下去的，当按下自锁换向阀3时，行程阀4获得压缩空气，压缩空气经行程阀4到达换向阀2左位，则气缸1活塞杆伸出，同时行程阀4的滚轮被释放而关闭，当活塞杆伸出位置到达行程阀5时，行程阀5的滚轮被压下后打开，气信号进入换向阀2的右位，气缸1活塞杆开始缩回，同时行程阀5的滚轮被释放而关闭，当活塞杆到达缩回位置时，行程阀4的滚轮被压下，开始新的循环动作，直到再次按压自锁换向阀3,连续往复动作才停止，恢复到初始状态。感谢！Thank

You!《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