液压传动与气动技术模块九课件.ppt

1、模块九 双缸控制回路设计,1.了解双缸控制回路的设计方法,2.掌握行程程序图的表示方法及设计方法,3.掌握逻辑原理图的设计原理及方法,4.掌握信号状态图的设计方法,检测装置工作示意图,下图为流水线上检测装置的工作示意图，圆形工作台上有6个工位，气缸B是检测气缸，对工件进行检测；气缸A是工作气缸，它每伸出一次，使工作台转过一定的角度。检测装置的工作要求是：气缸A伸出气缸B伸出气缸A退回气缸B退回。 本任务要求设计满足该检测装置工作要求的控制回路。,类似于检测装置这种需要两个（或两个以上）执行气缸协调工作的回路称为多缸回路。设计多缸回路时首先要画出气缸运动的位移步骤图，有关动作顺序的条件也应加以规

2、定。在对多缸回路的设计中一般用行程程序回路的设计方法，因而在设计过程中必须有清晰的设计思路，并熟练掌握设计方法。本模块只涉及多缸控制回路中的双缸控制。,检测装置,一、行程程序控制方法,行程程序控制,外部输入启动信号后，逻辑回路进行逻辑运算后，通过主控元件发出一个执行信号，推动第一个执行元件动作。动作完成后，执行元件在其行程终端触发第一个行程信号器，发生新的信号，再经逻辑控制回路进行逻辑运算后发出第二个执行信号，指挥第二个执行元件动作。依次不断地循环运行，直至控制任务完成切断启动指令为止，这是一个闭环控制系统。这种控制方法具有连锁作用，能使执行机构按预定的程序动作，故非常安全可靠，是气动自动化设

3、备上使用最广泛的一种方法。,二、行程程序的文字表示方法,在实际应用中常用文字符号来表示行程程序。 1执行元件的表示方法 用大写字母A、B、C表示执行元件，用下标“1”表示气缸活塞杆的伸出状态，用下标“0”表示气缸活塞杆的缩回状态。如A1表示A缸活塞杆伸出，A0表示A缸活塞杆缩回。 2行程信号器（行程阀）的表示方法 用带下标的小写字母a1、a0、b1、b0等分别表示由A1、A0、B1、B0等动作触发的相对应的行程信号器（行程阀）及其输出的信号。如a1是A缸活塞杆伸出到终端位置所触发的行程阀及其输出的信号。 3主控阀的表法方法 主控阀用F表示，其下标为其控制的气缸号。如FA是控制A缸的主控阀。主控

4、阀的输出信号与气缸的动作是一致的。如主控阀FA的输出信号A1有信号，即活塞杆伸出。,气缸、主控阀、行程信号器之间的关系,二、行程程序的文字表示方法,气缸与主控阀、行程信号器（行程阀）之间的关系及有关代号如图所示。,三、接近开关控制,由于行程开关经常和机械装置踫撞，容易损坏，在实际应用中经常用接近开关来代替行程开关，可以避免机械踫撞而造成开关的损坏。 1接近开关的种类,常用的接近开关,接近开关控制分料装置控制原理图,2接近开关的选择 通常都选用电感式接近开关和电容式接近开关，因为这两种接近开关对环境的要求条件较低。 3接近开关的控制方法 用例如，接近开关控制的分料装置，其中在R1、C1处分别安装

5、的为电感式接近开关和电容式接近开关，一般要求按近开关与活塞杆的距离应控制在3mm左右。,三、接近开关控制,一、绘制检测装置的位移步骤图,图中执行元件A表示转动气缸，执行元件B表示测量气缸。 从位移步骤图中可以清楚的看出两执行元件的运动状态。当执行元件A前伸时，测量气缸B保持不动；当缸A前进到位置时，发出一个信号a1使B缸前伸，而A缸保持伸出状态；当缸B前伸到位置后，发出一个信号b1使缸A回缩，而缸B保持伸出状态；当缸A回到原位后，发出一个信号a0使缸B回到原始位置并得到一个控制信号b0，以准备下一个循环。,检测装置的位移步骤图,二、绘制行程程序框图,1.程序框图 程序框图就是用每一个方框表示一

6、个动作或一个行程。如检测装置的程序框图，从位移步骤图中的分析，其动作次序用图9-1-7所示的程序框图表示。,测量装置行程程序框图,2.程序框图的简化,程序框图的简化表示方法 a)一般式 b)简化式 c)最简式,二、绘制行程程序框图,检测装置的XD图的方格图,三、绘制信号动作状态图,1.绘制“XD图”的方格图,检测装置的XD图,2.画动作状态线 绘好XD图的方格图后，接着先画动作状态线。,三、绘制信号动作状态图,四、绘制气动逻辑原理图,1.气动逻辑原理图的基本组成及表示符号 （1）原始信号的表示方法 原始信号主要有：行程阀和外部输入信号，这些信号符号要加上方框，如 ,而对其他手动阀及控钮阀等分别

7、在方框上加相应的符号来表示，如：标有g表示其为手动启动阀。 （2）原理图的表示方法 逻辑控制回路主要是“与”“非”“或”“记忆”等逻辑功能，用相应符号来表示。注意这些符号应理解为逻辑运算符号，它不一定就代表一个确定的元件。 （3）主控阀的表示方法 主控阀由于通常具有记忆能力，故常以记忆元件的逻辑符号来表示，而执行机构，如气缸、气动马达等，则通常只以其状态符号（如A0、A1）表示与主控阀相连。,2.检测装置的逻辑原理图 根据检测装置的XD图画出逻辑控制原理图。,检测装置的逻辑原理图,四、绘制气动逻辑原理图,五、控制回路的设计,1.纯气动控制回路的设计 有了XD图可以把执行元件、主控阀以及其他控制

8、元件按XD所示的关系连接出来。,检测装置控制回路原理图,测量装置纯气动控制回路图（完善后）,五、控制回路的设计,纯气动控制回路的完善 用单向节流阀控制活塞杆的前伸速度，用快速排气阀来加快活塞杆的回退速度，并用自锁控制的方法来控制活塞的运动和停止。,五、控制回路的设计,1.纯气动控制回路的设计 有了XD图可以把执行元件、主控阀以及其他控制元件按XD所示的关系连接出来。,检测装置控制回路原理图,2.电气综合控制回路的设计,测量装置电气综合控制回路图,五、控制回路的设计,五、控制回路的设计,1.纯气动控制回路的设计 有了XD图可以把执行元件、主控阀以及其他控制元件按XD所示的关系连接出来。,检测装置

9、控制回路原理图,一、控制系统的分类,在本任务气动回路设计中采用的方法属于程序控制中的行程控制。,控制系统的分类,二、气动程序控制系统的组成,气动程序控制系统的组成,1.了解磁感应开关的基本应用原理,2.掌握磁感应开关的职能符号及具体应用 方法,3.掌握多缸回路的设计方法,任务2 半自动钻床控制回路 设计,4.掌握利用XD图判别障碍信号的方法,5.掌握消除障碍信号的基本方法,半自动钻床切削加工示意图,半自动钻床钻床有两个气缸，一个用来驱动钻床主轴的轴向移动也就是切削进给，称之为切削缸；另一个用来夹紧工件，称为夹紧缸。在机床的切削过程中，要求两个气缸按一定的顺序要求先后动作，完成一个工作循环，即工

10、作要求为：夹紧缸伸出夹紧工件切削缸切削进给切削缸退回夹紧缸松开工件退回。 本任务要求设计符合该工作要求的半自动钻床的控制回路。,在一个循环中，有一个或多个气缸进行多次往复运动的称为多缸往复行程控制回路。半自动钻床控制回路属于多缸单往复行程控制回路，也就是在一个循环程序中，所有的气缸都只做一次往复运动。 在多缸回路的设计中有一定的方法，一般都是用位移步骤图、行程程序图引导出信号动作图（XD图），通过对信号动作图的分析，画出逻辑原理图，最终画出气动控制回路图。在设计多缸往复行程控制回路时，遇到的最大问题是信号的重叠，因此，合理、正确地解决信号重叠问题是设计这类回路的关键和基础。,一、磁性开关控制,

11、磁性开关,1. 磁性开关 磁性开关利用一种磁敏元件，当磁性物体接近时利用内部电路状态的变化，进而控制开关的通断，这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 磁性开关一般是和磁性气缸配套使用，磁性气缸的活塞上都有一个永久性的磁环，把磁性开关安装在气缸的缸筒上，当活塞往复运动时永久性磁环一起运动，而磁性开关检测到永久磁环时就发出一个信号，使得开关“通”或“断”，它的具体的安装如图所示。,磁性开关控制系统图 a)气动控制图 b)电气控制图,2. 磁性开关的控制方法 下图为磁性开关控制的分料装置系统图，它是由磁性开关发出电信号以控制阀1.1的电磁线圈，从而控制气缸的往复运动。,一、磁性开关控制,单向式行程

12、阀 a）实物图 b）活塞杆前伸 c）活塞杆继续前伸 d）活塞杆回退,注意：单向式行程阀安装时，一定要将其安装在活塞杆未到达终端的一小段距离的位置上，以便活塞杆的撞块能够通过，否则不能达到发出脉冲信号的作用。,二、单向行程阀,根据钻床的工作要求做出位移步骤图。从图中可以看出两执行机构A缸和B缸的动作、步骤以及控制信号的位置及控制方向。当A缸把工件夹紧后，得到控制信号a1控制B缸开始切削进给，当切削结束后得到控制信号b1控制B缸退回，退回到位后得到控制信号b0以控制A缸退回松开工件。,，,一、绘制半自动钻床控制回路的位移步骤图,半自动钻床的位移步骤图,从图中可以看出，当A缸活塞杆前伸压下行程阀a1

13、后，B缸前伸，同时A保持夹紧状态；当B缸活塞杆压下行程阀b1后，其活塞杆回退；当B缸的活塞杆回退压下b0行程阀后，使A缸活塞杆回退，直至终点压下行程阀a0。,，,二、绘制半自动钻床控制系统的行程程序图,半自动钻床控制系统的行程程序图 a)一般形式 b)简化形式,在设计回路之前需绘制控制系统的信号动作状态图，如图所示为钻床的控制系统XD图，具体的绘制方法如下所示： 1.绘“XD图”的方格图 2.绘出动作状态图 3.绘制信号状态线,，,三、绘制半自动钻床控制系统的信号动作状态图,半自动钻床控制系统的XD状态图,1.利用XD图判别障碍信号 判断多缸单住复控制障碍信号的基本方法是：当主控阀控制信号某一

14、端需输入时，而另一端的控制信号还存在，则还存在的信号就是障碍信号，在X-D线图上用波浪线来表示。 在XD图上障碍信号的具体表现为：在同一组中控制信号线（细实线）的长度大于所控制的动作状态线（粗实线）的长度，其超出长度即为障碍段。下图中a1、b0的的控制信号线长度大于所控制动作的状态线长度，也就是当A缸活塞杆前伸发出a1信号使B缸的活塞前伸时，a1的信号在B缸的活塞杆前伸发出b1信号时还在保持，所以a1信号在第行程段内为障碍信号。同理b0信号在第行程段内也是障碍信号。,，,四、判断、消除障碍信号,障碍信号的判别,2.障碍信号的消除 （1）用单向行程阀消除障碍信号 用单向式行程阀消除障碍信号的方法

15、就是使控制信号变为一个短暂的脉冲信号，从半自动钻床的XD图可以看出，a1、b0都有一段为障碍信号，为了消除这两段障碍信号可以把a1、b0两个行程阀更换成单相行程阀，使长信号变成短暂的脉冲信号，这样就得到下图所示的XD图。,，,用单向行程阀消除障碍信号的XD图,四、判断、消除障碍信号,消除了障碍信号，这样控制回路就相对简单，就可以再根据XD图设计出下图所示的控制回路图。,四、判断、消除障碍信号,用单向行程阀消障的控制回路,2.障碍信号的消除 （2）用换向阀消除障碍信号 1）直接消障法 直接消障法就是指控制信号“x”是利用系统中现有的原始信号或主控阀输出信号来进行消障的方法。它的计算公式、逻辑表达

16、式及控制回路如图a、b所示。 直接消障法在选择x信号时，应让x信号的开始点在障碍信号m开始之前或同时开始（包括m障碍段之后），x的终止点应选在障碍信号m的无障段。,，,直接消障法,四、判断、消除障碍信号,2.障碍信号的消除 （2）用换向阀消除障碍信号 2）间接消障法 间接消障法就是在系统中没有能直接用做制约信号x的原始信号，故必须在系统中另加一个辅助阀以得到制约信号x。这个辅助阀一般为具有记忆功能的双气控换向阀。,，,间接消障法,四、判断、消除障碍信号,2.障碍信号的消除 （2）用换向阀消除障碍信号 3）XD线图法设计中制约信号的选择 为了能得到可靠的“执行信号”，关键在于制约信号的选择。在选

17、择制约信号的时，从“XD”图上看必须满足两个条件：1.制约信号x必须与障碍信号m的执行段重合，使执行信号“m*”中保留信号执行段。2.执行信号x必须与m的障碍段不重合，以使m*中不再有障碍段。 在具体选择制约信号x时，通常借助于XD图，从图中寻找下列几种信号作为制约信号 ：其他原始信号。其他原始信号的“非”信号。其他主控阀的输出（记忆）信号。用中间记忆元件的输出信号。组合信号。,，,半自动钻床控制系统XD图,四、判断、消除障碍信号,2.障碍信号的消除 （2）用换向阀消除障碍信号 4）半自动钻床控制系统的换向阀消障方法 为了便于分析及选择制约信号，把半自动钻床控制系统所产生的原始信号进行选择，选

18、出制约信号或辅助元件双气控3/2阀的“通”“断”控制信号。半自动钻床系统的原始信号除a1、b0两障碍信号外，只有a0、b1两个可选择的原始信号，而这两个信号直接与障碍信号进行逻辑与运算，得不到所需的执行信号，因而选择间接消障的方法。 在用间接消障法时，分别选择a0、b1为两个双气控3/2阀的两个控制信号，换向阀与a1信号进行逻辑与的运算，a0控制的“通”以得到执行信号“a1*”，而b1控制的“断”以消除障碍信号段；同理b1控制换向阀的“通”以得到执行信号“b0*”，a0控制阀的“断”以消除障碍信号段。,，,四、判断、消除障碍信号,根据XD图，按照各元件之间的逻辑关系绘制出控制系统逻辑原理图。

19、逻辑原理图是从信号动作状态图到绘制控制回路图的中间桥梁，它表示出整个气动控制的逻辑控制部分，是控制回路的核心部分。,，,半自动钻床控制系统的逻辑原理图,五、绘制逻辑原理图,1.纯气动控制回路的设计,半自动钻床纯气动控制回路图,六、绘制控制回路图,半自动钻床电气综合控制回路图,2.电气综合控制回路的设计,六、绘制控制回路图,3.气动系统回路的简化完善,六、绘制控制回路图,在实际的应用中，纯气动控制和电气控制的电路图 还不够完善，需要在此基础上加以简化完善。 可以将纯气 动控制中的两个3/2双气控阀合并成一个5/2阀加以控制， 简化回路降低成本，提高控制的可靠性。在完善回路时一般 从执行元件的速度

20、控制，临时的手动操作回路，起动、 复位、紧急停车及连锁保护，气源压力调节、分配、净化 处理等几个方面考虑，以提高设计回路实用性、安全性、 适应性等。,一、气动系统设计的内容与步骤,工作要求主要是指系统的工作环境、动作要求、速度要求、精度要求等；控制回路设计主要是指对控制方案进行比较，选择较合理的气控回路；元器件的选择主要是指针对工作要求及回路设计方案选择执行元件、各种阀、各种辅助元件以及确定空压机的类型；确定管道直径是指根据执行元件的耗气量，估算出管径；最后绘制出气动控制回路图、管道安装图和元件布置图等。,气动系统设计过程,二、气动行程程序控制回路设计的方法,气动行程程序控制回路设计方法可归纳

21、为两大类：直观组合法与逻辑设计法。直观组合法就是利用气动的基本回路与常用回路，考虑启动、急停、复位、延时等要求，适当组合而成为符合某一要求的程控回路。这种设计方法适用于较简单的回路设计，并且必须对设计的回路进行检验和修正。 逻辑设计法用于较复杂往复动作回路，其中常用的方法有：信号动作状态线图法（简称X-D线图法）、逻辑运算法、卡诺图法、列表法（Q-M法）以及计算机辅助简化法（CAS法）等。在这几种方法中X-D线图法应用较广，这种设计方法比较直观，容易理解，但设计处理过程较烦锁，它的设计过程主要为：绘工作行程顺序图绘制X-D线图确定并消除控制障碍信号确定执行信号绘气控逻辑原理图绘制气动回路原理图

22、。,1.了解多程序控制回路的设计方法,2.掌握电气综合控制的要求,3.掌握气动计数器的职能符号及应用,4.掌握电子计数器的职能符号及应用,汇集装置工作示意图,如图所示为汇集装置的工作示意图，A缸把流水线上已加工好的产品，一个一个送到B缸的托架上；当托架上有三个产品后，B缸伸出，将产品送入包装箱中。因而该装置的动作过程为：A缸连续往复三次，B缸伸出。试根据上述工作要求完成汇集装置的控制回路设计。,在一个循环中，某一或某些气缸进行多次往复运动的程序，这种回路的控制方法称为多住复程序设计。汇集装置控制属于多次往复运动回路，设计这种回路时，为了简化回路，在实际应用中一般用计数器来加以设计，所以必须掌握

23、计数器的职能符号及应用等知识。,气动计数器可以在09999的范围内加以预设置，图示职能符号预设置了两个脉冲，它是按减1方式记录气动信号，如果预置值达到零，则该计数器就有气信号输出。输出信号一直被保持，直至通过手动或控制口10将计数器复位。,一、气动计数器,气动计数器,电子计数器的预设置范围为09999，图示职能符号预置了6个脉冲，它的工作方式与气动计数器相似。接线端A1和A2之间的脉冲数达到预设置电流脉冲后，继电器触点闭合；如果在接线端R1和R2之间施加电压，则电子计数器被复位至预置值。也就是说A1和A2端为脉冲输入端，而R1和R2端为复位端，当输入端有脉冲信号输入，预设数字递减1，当数字递减

24、为“0”时，继电器的常闭触点断开，常开触点闭合，直至复位端有信号输入，继电器触点复位，同时数字又恢复到预设置数字。,二、电子计数器,电子计数器,A缸送料往复三次后，使得B缸伸出。从图中信号可以看出A缸启动的伸出由b0控制，而往复中由a0控制，a0信号没有达到往复的次数只控制B缸的前伸，而达到次数后就控制B缸的前伸，这就是多往复程序控制的特点之一，触发器产生的信号，在不同的行程中相同信号可能控制不同的动作，相同的动作在不同的行程可能有不同的信号控制。,一、绘制汇集装置的位移步骤图,汇集装置的位移步骤图,根据位移步骤图绘制出的工作程序图并进行简化。按下启动按钮，A缸伸出，当触发信号a1后A缸退回，

25、当触发信号a0后又伸出，如此循环3次，再退回触发信号后B缸伸出，触发信号b1后退回，退回触发b0而进入下一循环。,，,二、根据位移步骤图绘制行程程序图,汇集装置的行程程序图,根据汇集装置的位移步骤图以及行程程序图设计绘制XD图。汇集装置属于多往复程序控制，往往一个信号控制不同的动作，或相同动作由不同信号控制。在汇集装置中b、a同时控制A缸伸出，这时就把这两个信号线画在一个纵向格内，这样就绘制出下图所示的汇集装置的XD图以及控制信号，并判断出重叠信号。,，,三、绘制汇集装置的XD图,汇集装置的XD图,在往复程序控制中消除障碍信号的方法有多种，常用的方法就是利用计数的方法加以消除。如下图所示，这样

26、这多了计数器的控制信号。可以选择合适的消障信号，利用逻辑“与”的计算方法得到执行信号，由于多往复程序有的往复次数多，而重复动作控制相同，这样可以把相同的加以省略，使XD图不至于过长。,，,计数器消除障碍信号的XD图,三、绘制汇集装置的XD图,根据XD图设计绘制出如下图所示的汇集装置的逻辑控制原理图，这样就把各控制信号之间的关系都用逻辑计算式表达清楚，各信号发生器的连接方式也确定了。,，,四、根据XD图绘制逻辑控制图,汇集装置的逻辑控制图,，,汇集装置的纯气动控制回路,1.纯气动回路设计,五、汇集装置的控制回路设计,汇集装置电气控制原理图,五、汇集装置的控制回路设计,2.电气综合控制回路设计,一、绘制电控气动回路图时的注意事项,1.主控阀一般采用直动式电磁换向阀或先导式电磁换向阀。如采用交流双电控直动式电磁阀时，该阀两侧电磁线圈不得同时得电，以防烧毁线圈，为此必须设计保护电路，使两侧不能同时得电。一般双电控换向阀都要求两控制口不能同时有信号，即双电控电磁阀不能同时得电，因而都要求加互锁保护。 2.电磁阀和各种电气元件所用电源应尽可能一致，以便