气动控制设计电、气控回路

1、.標準線路圖布置與在 基本氣動訓練教程 中討論的相同，電氣回路不能畫成 接線圖 式。一個回路由若干個子回路，或稱 電流通路 所組成，每一個子回路為一個基本回路。它是由一個或更多的開關元件及一負載元件組成。兩條水平線則代表電源供應線。各個電流通路以數字標出。繼電器的觸點並非置於其操作線圈旁，而是安放於執行其功能的地方。觸點的編號列在繼電器線圈下方，這樣一來便易於搜尋其於梯形線路圖上之所在位置。對檢查有關之線路設計提供一定指引。美國於 1947 年引入的 JIC 標準正好提供有關近接開關於 止定 狀態時觸點的操作位置，確閱讀提供了靜止位置動作的限位開關的單獨標志，但歐洲標準 (即 BS3939)

2、則並未提及。本書中我們嚴格區分動作與不動作的開關。 注意圖4.1 回路中通路 4 的a1觸點與通路 3 中的 a0 觸點之間的不同操作位置。很清楚當循環繼電器 CR 閉合時 A+ 將加上電壓。開關 b0 是處於閉合狀態，盡管它是常開型觸點。另一方面在通路 3 的 b0 觸點和通路 2 中的 OFF 有著根本的不同，雖然兩者在機器靜止時均處于關閉，但 OFF 是 常閉 型開關，而 b0 則是一個 常開 型近接開關，動作程序一般由左到右。如上圖所示，線路 2 上 OFF 開關當被按動時，其供電通路便馬上斷開，而位處於線路 3 上的 b0 近接開關當其復位時便會馬上切斷供應外電磁閥的電線通路。滾輪操

3、作開關常開型(N.O.)常開型(N.O.)，處於閉合狀態常閉型(N.C.)常閉型(N.C.)，處於閉合狀態氣缸磁性開關常開型(N.O.)常開(N.O.)，處於閉合狀態表4.2 限位開關的主要符號電-氣動回路一個控制回路上升到一定的復雜程度時，不能用上述的邏輯分析進行設計。在有序地進行設計時，對于一個順序回路圖通過 逐步求解 法畫出。顯然電氣回路比氣動回路要簡單一些。 基礎知識顯然是一系列基本回路。我們將從基礎開始然後擴展到較大的組合圖 (以組成回路的模塊)。我們把它們叫作子回路且存放在附錄的 SC 庫 (SC 代表子回路) 中。 氣缸控制 對于一個由氣動或由電氣控制氣缸的回路的不同元件而言，基

4、本上沒有什麼不同。所有的編碼均按 氣動技術教程 且適用于任何電-氣動回路。雙作用氣缸的手動控制 對于控制而言，驅動單作用或雙作用氣缸是毫無區別，只是方向控制閥由二位三通的功能改為二位五通的功能。基本回路，由電線供應單元，按鈕 (作為控制元件) 及電磁閥組成。繪畫獨立的氣動回路圖和電控回路圖是必需的，如圖4.3 所示。 兩點OR(或)功能控制 於純氣控制系統上，對于兩個位置的氣動控制需採用梭閥，從而避免有關氣訊號自另一氣閥排走。對于電控系統則無此麻煩，二個 (或更多) 開關觸點能直接連到電磁線圈如圖4.4所示。聯動觸點 當一個或更多的按鈕在 或 功能控制不同的元件時，需採用聯動觸點。微型按鈕經因

5、負載有限需要用繼電器實行 聯動。一個單觸點可同時加電壓到很多的元件上，只要它們的總電流值未超過其容量。但當這些元件中的個別元件還控制其他開關時，就必須用兩個單獨的 常開 觸點來單獨執行兩種功能。為說明，我們假設兩個開關中之一 Pb1 有兩個功能：1. 燈亮：同時2. 起動氣缸A。而 Pb2 只是開啟氣缸而無開燈功能。如果按圖4.5a，兩個觸點將都開燈且開啟氣缸。Pb1 需要兩個單獨的觸點：一是為使開燈，二是用于氣缸 A 起動的功能。如果一個分開無法滿足需求時，可用繼電器上的兩個或更多的觸點來滿足這些功能。按鈕 Pb1 控制繼電器線圈和兩個觸點執行如圖4.5b 示的兩個功能。兩個 R1 觸點可完

6、成兩個 Pb1 觸點的同樣功能。 滑動單元，保持終端位置 當氣缸必須停留在未端位置直到發出相反命令時為止，應用有二個電磁線圈的雙穩態閥。從功能和所表示符號上看，一個雙作用氣缸和任何其他的雙作用執行元件沒有什麼區別。然而當象滑動單元、無杆氣缸，回轉氣缸，夾具等執行元件能夠看清結構時，就更易于讀懂回路。 這也是為什麼制造商制訂了他們自己的臨時非標準符號 (ISO 則頒布標準化的符號)。我們只畫出最常用的一些符號。(見附錄) 如圖4.6 所示，此問題的解決是用二個按鈕及一個雙穩態閥來解決的。 自動返回的擺動式執行元件 甚至小型擺動式執行元件都有檢測雙端位置的開關，它們被用于自動返回原位之檢測訊號。當

7、按鈕仍然保持操作時，復位運動便不能執行，即起動開關 START 打通並保持 A+ 線圈供電的狀態下。如圖4.7 所示。 無杆氣缸的往復運動 如果在無杆氣缸行程兩端配有開關，此氣缸可進行連續性的往復運動。一個雙穩態的 起動 開關能控制連續往復行程。圖4.8 即為一無杆氣缸舉例。當停電時，運行將繼續直到行程末端，當電重新加上後往復運動又自動進行。 基本繼電器回路保持回路電氣故障時的自動返回觸點轉換保持回路圖4.9a 為一由繼電器和一按鈕組成的自保持回路，不是梯形圖而是 接線圖。線圈的終端 1 與電池的負極相連，但 2 端開路。按下按鈕 (圖4.9b)，正極與繼電器線圈 2 端相連並加電壓 (用細線

8、表示)。繼電器觸點改變位置，它的常開觸點，3 - 4 端子，也使電池的正極與線圈相連。鬆開按鈕後 (圖4.9c) 仍保持加電狀態， 繼電器本身觸點保持線圈加電，如粗線所示。圖4.9 回路是不完整的；線圈將保持加電直到電流中斷。解決方法可用圖4.10 所示的常閉觸點來實行手動控制。圖4.10a 狀態與圖4.9c 基本相，只是增加一常閉按鈕開關 OFF。當這個按鈕壓下時，從負極到線圈的連接斷開，使線圈失電。在松開按鈕 OFF 後，正極到線圈的保持連接破壞，因為這時繼電器的觸點為開路。我們繼續改進這一回路。圖4.9 和圖4.10 僅用于解釋，進一步講，上述繼電器的線圈和觸點並不能作為一個單元以回路圖

9、的形式繪出。這兩部分屬于不同的電流通路。圖4.5 中我們作了兩個中間步驟以重新安排不同目標。圖4.11a 展示了同圖4.10c 同樣回路。但某些元件的位置改變了。在一個回路圖中，繼電器線圈和繼電器觸點的物理單元用符號 R1 來說明。圖4.11b 中繼電器觸點和線圈是分開的。一般來講，由于繼電器有幾個觸點畫在圖中不同的地方，則電流通路被編號，且與觸點相關的通路號被標在線圈通路之下。最後，電池是作為電源，但對工業生產而言並不實際，在圖4.11c 中電池被省略。圖4.12 中用 IEC 標準符號表示的電氣回路。 電氣故障時的自動返回假設有一電工具安裝於滑動氣缸上進行自動加工工序。操作者先把工件夾緊後

10、起動按鈕，刀具於滑台上慢速對工件進行加工。到達行程未端滑台返回原位。如果突然出現停電，則滑動單元必須迅速返回到初始位置，並保持在這個位置上直到重新加電為止。對于停電引起的快速返回，電磁閥必須是單穩態的，而且起動信號必須保持到工作行程達到末端時。這是一個繼電器保持回路的典型應用。圖4.13a 為一帶有常閉觸點 a1 的機械操作限位開關。在實際應用中，一般是通過滑動氣缸上的微型磁性開關作訊號傳輸，但此類開關僅提供常開觸點。若要中斷 R1 的保持回路，則需第二個繼電器來轉換 a1 的 N.O. (常開) 觸點。 觸點轉換圖4.13a 中，起動 按鈕控制繼電器 R1，使其通過在滾輪操作開關 a1 的一

11、個觸點使其加電 (在圖上畫成一個常閉觸點)。在滑動單元中微型干簧開關只提供常開觸點。因此可通過第二個繼電器 R2 進行訊號轉換，即利用繼電器 R2 的 N.C. (常閉) 點來取代圖4.13 的 a1 開關，然後將原來 a1 開關用作驅動 R2 繼電器如圖4.13b 所示，以達致同一功能。 延時回路氣缸行程的延時指示燈脈衝程序逐步求解法拾放裝置，雙缸運動夾緊與鑽孔串聯系統拾放裝置，三缸運動抓取裝置，四缸運動步進原理氣電安全聯鎖 氣缸行程的延時a) 只在初始位置延時 一個雙作用氣缸 C 可進行有關的往復動作，其雙向行程的速度可調整及時間可調整。在停電時氣缸應完成該行程並停留在行程的末端，當重新通

12、電後靜止的氣缸便馬上起動。 解決辦法是當氣缸在靜止位置時，用計時器設定延時時間。它的 NO 觸點在延時時間後給電磁線圈 C+ 加電。當氣缸離開原位時，線圈失電，計時器復位線圈 C+ 失電。c1 使 C- 加電使氣缸復位。電氣回路如圖4.14a 所示，氣動回路為圖4.14c。b) 在兩端遲時 用第二個定時繼電器，返回行程通過可調定時來延遲，氣缸因而在兩個末端位置保持一定的延遲時間才起動，圖4.14b 和 c 表示了兩個回路。 指示燈不用氣缸和其二個限位開關可實現類似功能。即只使用延時裝置和一個繼電器，如圖4.15 所示： 當雙穩態 起動 開關關閉時，延時器 T1 加電燈並同時亮燈。在到達設定時間

13、後，線 3 上的觸點 T1 閉合觸發繼電器和延時器 T2，從而斷開線 1 上的 N.C. 繼電器觸點，于是燈滅，T1 失電且其線 3 上的觸點重新打開。繼電器通過 T2 的延時 N.C. 觸點來保持其狀態。當到 T2 設定的時間時，線 4 上的觸點斷開使繼電器和 T2 失電，于是燈重新亮起，如是者不斷循環動作，直至 START 開關斷開為止。 脈衝圖4.7 的擺動式執行元件當失電或緊急停止按鈕壓下時應能自動返回到原始位置。這意味著必須用一單穩態閥代替雙穩態閥，且保持回路的繼電器需服從 起動 信號。當 起動 按鈕按下時，執行元件應只有一個單周期，即使當它保持時間超過周期時間時。當 起動 按鈕在圖

14、4.7 回路中行程末端之前不松開時，執行元件不能返回。這可以通過如圖4.16a 中的一系列帶 起動 按鈕的 a0 連接來實現，當 起動 按鈕仍按下且執行元件已返回到靜態位置時它將重新開始。為避免此情況，可用一個定時器產生一個如純氣動方式類似的脈衝 起動 信號應與一系列的帶延時的定時器常閉觸點聯接。此延時器預設置約 0.1秒， 延時器觸點保持開路直至 起動 信號中斷，如圖4.16b 所示。在圖4.16a 中，緊急停止可在線 1 的繼電器線圈之前設置，當它動作時，繼電器 R1 失電，其線 4 上觸點斷開。電磁閥線圈 A 失電且使閥彈簧復位。圖4.16b 中，緊急停止可在線 3 的 R2 觸點與 R

15、1 的線圈間設置以切斷保持回路。但即使在ES 觸點斷開線路後 起動 按鈕仍能產生一個脈衝使執行元件有一個響應，盡管這不會使擺動式執行元件轉迴到底，但仍是應該避免的，如圖4.16b 上供電線上裝有緊急停止開關，從而可以切斷整個回路。 程序在下面章節中，我們假設基本術語在 氣動技術課程 中已經介紹過，它們在附錄中 程序控制 中有說明。為易于表達一系列氣缸運動序數的程序，我們將使用步驟圖，如圖4.17 所示：為畫步驟圖方格紙是最合適的，我們對每個氣缸畫出兩條水平線，上面一條線代表 1 位置，下面一條線代表原始位置。等間隔垂直線標記用于氣缸循環步驟 (圖4.17a)。步驟是指氣缸運動，有時為兩個或更多

16、的連續行程。圖4.17b 為氣缸 H 例子：它在步驟 1 為靜止，在步驟 2 時移動到位置 1，於步驟 3、4 則保持在位置 1，然後在步驟 5 回到原始位置保持到步驟 6。圖4.17c 為兩個氣缸 A、B 的運動。逐步求解法在沒有邏輯回路設計基礎的情況下，只能採用 逐步求解 法進行回路設計。它能夠通過下述的對話形式有序進行。拾放裝置，雙缸運動於料槽內將工件逐一拾放於轉盤上然後加工，這是通過一氣動手指 B 完成的，此手指與無杆氣缸 A 相連，從而能使夾具得以移動。無杆氣缸的初始位置為右邊，這時手指打開。在 起動 信號產生後 (可用訓練裝置上的模擬按鈕)，托架連同手指組合向左移動，在到達預定位置

17、時手指夾住便夾工件。即從料堆中提取然後移向右邊，在行程末端手指鬆開工件，完成拾放動作。相應的循環如圖4.17c只要雙穩態開關 start 閉合，此循環便會持逐下去。回路圖中的氣動部件總是由電磁閥和限流閥的氣缸組成。在任何一種場合，變化的是編碼和閥的型號。它們可能是二位三通，二位五通，單穩態或雙穩態，或三位五通閥，由此氣動回路必須是除電氣回路外的完整圖的一部分。圖4.19 為氣動回路圖它是圖4.18d 的完整化。問題答案回路在任何一種場合首先加電到哪裡？如何開始循環？何時循環重新開始？何時 A+ 切斷？A- 並無供電？在任何一種場合電磁線圈 A+起動 開關閉合當 B 返回到 0(b0) 位當氣缸

18、 B 開始 (b0釋放)是下一動作是什麼？何時加電？何時切斷？B- 並無供電？更多的條件？B+當氣缸 A 起動 (觸碰 a1 開關)當氣缸 A 復位 (a1 釋放)是無下一動作是什麼？何時加電？何時切斷？A+ 並無供電？更多的條件？A-B 氣缸起動 (觸碰 b1 開關)B 氣缸復位 (b1 釋放)是無下一動作是作麼？何時加電？何時切斷？B+ 並無供電？進一步條件？B-A 氣缸復位 (a0 動作)當氣缸 A 起動 (a0 釋放)是無圖4.18 逐步求解圖 夾緊與鑽孔上述例子沒有重復 (疊加) 信號，下一個程序具有重復信號，如圖4.20 所示是一個典型的 夾緊與鑽孔 程序圖，要求如下：若遇到危險情

19、況，需要緊急停車，切斷動力源的所有信號。夾具必須保持在它的瞬時位置，若此時出現動力故障或緊急情況，如果它是夾緊的，就不能打開。夾具是松開的就不能關閉。動力源開關必須由單穩態開關 ON 或 OFF 控制，在設備的初始位置，動力源應處于關閉狀態，按鈕 START 使每一個循環開始。 為了安全起見，即使沒有出現緊急停車，電-氣動回路仍需仔細地選擇一個安全適當的控制閥的功能。當電源突然掉閘而使壓縮機停止工作時，儲氣罐內的壓縮空氣還能維持正常工作。夾緊工作或機械夾具需要一雙穩態閥，以避免在緊急停車或電源失電的情況下出現松開現象，鑽削機構應能立即收回鑽頭，因為鑽削馬達正在停機，這就迫切需要一個單穩態閥。在

20、初始位置，按鈕 OFF 使電源處于切斷狀態，一個雙穩態開關能建立起重復動作或當它需要放松，在其他任何循環或者在其終點停止。我們開始下面對話：在用兩個按鈕操作電源開與關，還需要什麼元器作？一個繼電器 (循環繼電器 CR) 和保持回路。怎樣才能確信，按鈕 OFF 僅在原點位置工作？氣缸的原位可稱為 C0，用開關的 NC (常閉) 觸點連接 OFF。OFF 按鈕就僅僅在循環的終點 C0時工作。極限開關 C0 能否提供 NC (常閉) 觸點？不可以。我們需要一個繼電器來提供，為使容易記下有關觸點，此繼電器定名為 Rco (基本回路中的功能 觸點擴充)哪個首先動作？C+哪個信號能夠確認行程終點？C1當

21、C+ 得電時 C- 是否失電？不怎樣可以不用 C-？C- 緊隨 D- 這樣，D- 給出信號 d0。因為 D 靜止在原始位置開關將操作，固將電器觸點聯到C- 上使繼電器開始充電，接著我們將看到還原開關置於何處；我們把 記憶繼電器 叫做 MR。在進一步開始討論以前，對于到目前而止所研究的電氣圖，用圖4.21 表示，下面對此圖進行討論。 線 1：閉合開關 ON 使繼電器 CR 加電。斷路器 ES 在操作時絕對地與 CR 相連接。 線 2：OFF 鍵不按，觸點 CR 使繼電器 CR 保持加電。 線 3：打開電源，常閉觸點 Rco 打開，C 在初位，這是因為線 4 中的 C0 使繼電器加電。在整個循環中

22、，此觸點閉合，OFF 不能斷開電源。 由于 Rco 是繼電器，它不能畫成 常開，這是因為和 C0 本身為常閉觸點有關，在電路中，假設無功率。 線 4：CR 觸點給其他的回路提供電源，當緊急停按鈕壓下時，第 4 條線處斷開。 線 5：當 C 在原位 (Rco 閉) START 開關被壓下，記憶繼電器 MR 得電，使第 6 條線路閉合，與此同時，電磁鐵 C+ 得電並且通過氣缸 C 夾緊工件。我們將找出哪個觸點 ？被用來斷開保持回路。現在進行下列問題：哪一個開始運動？缸 D 伸出 (單穩態閥)。初始信號？C1操作 C1 可以使單穩態閥持續嗎？不能。直到 C 返回，這將需要太長的時間。怎樣修改才能獲得

23、適當的持續？由于有 MR，可以使帶有常開觸點繼電器 D得電，當 D 在它的 1 位置，MR處于切斷狀態，因此，觸點 ? 為線 5 圖4.16 中 d1。能否將 d1 放在線 5 中？不能，電磁鐵操縱缸觸頭有常閉觸點，對于觸點切換，繼電器是必須的。我們可以標記一個 Rd1 並用線 5 的一個常閉觸點。d0 能否使 C- 得電？可以，但在 MR 的常開觸點系統中，在 C+ 得電前切斷它。循環停止後，線圈 C- 繼續得電。有一個繼電器便可，Rco 和 NC 觸點初始位置為開啟狀態，當 C- 串接時，它在原位時，處于失電狀態。因此，最後得到圖4.22。 圖4.22 圖 4.20 的電路圖串聯系統串聯系

24、統在氣動技術基礎教程的氣動回路中，已經詳細的討論了所謂的串聯系統。因此，我們假定此系統原理是可行的。這個概念也可以應用在電-氣動中嗎？這方法比 逐步求解 法更容易及更快解決回路設計問題。對這個問題的回答是 肯定 的。只是 串聯閥 用繼電器代替便可。繼電器串聯的原理用圖4.23 說明，必要時可以擴展。當繼電器線圈得電時，按下 觸點槓桿，轉換觸點連成上面的 N.C. (常閉)。繼電器保持得電，直到最後一組動作完成。 拾放裝置，三缸運動 對圖4.17c 進行擴展。 在工件松開之前，雙作用氣缸必須移動夾爪。 一旦雙穩態觸發開關閉合，可自動進行重復循環。 由下列運動組成循環： 無活塞杆氣缸的滑台到左邊：

25、H+ 手指閉合：G+ 滑台復位：H- 氣缸外伸：C+ 手指張開：G- 氣缸復位：C- 步驟圖4.24 表明了它們的程序動作。 補充條件是： 所有運動在失電狀態下必須完成它的行程，並保持在它的終點位置。當重新得電時，回路從 凍結 狀態再繼續。在失電期間，不管記憶開關在何位，使循環完成並全部執行元件停在初始位置。我們定下若干組別： H+，C+H-，C+，G-C- 分成兩組，循環從中間第一組的開始。 第二個條件： 對于手動控制，按鈕只有 起動 或 停止 兩個鍵。按下 起動 鍵，程序開始，直到 停止 鍵按下。隨後循環停止在它的末端。給出一個循環重復的連續信號，需要帶保持回路的繼電器 CR (循環繼電器)。CR 的觸點之一使第一步動作起動。 圖4.25 表明兩個串聯組循環的初始狀態，正如上面所描述的那樣，循環從每組的內部開始，在初始狀態，最後一組的全部電磁線圈保持通電狀態。此現象應避免，其方法是在循環後加一組。 H+，G+H-，C+，G-C- 這樣可以分成三個組，組 II 的最終信號使 GR2 得電，由此而切斷前面的電路。C- 通