第七章1纯气动系统设计.ppt

第七章第七章气动系统设计气动系统设计 前几章已经介绍了气动元件、辅件、气源前几章已经介绍了气动元件、辅件、气源装置及气动基本和常用回路等，本章的任务是装置及气动基本和常用回路等，本章的任务是在前几章学习的基础上，对所学知识加以应用，在前几章学习的基础上，对所学知识加以应用，进而达到正确设计气动系统的目的，因此本章进而达到正确设计气动系统的目的，因此本章是该课程的重点。是该课程的重点。系统设计中一个很重要的内容是回路的设系统设计中一个很重要的内容是回路的设计，在回路设计中，将着重介绍行程程序回路计，在回路设计中，将着重介绍行程程序回路设计的方法。通过本章的学习，要求大家能熟设计的方法。通过本章的学习，要求大家能熟练掌握这种方法。练掌握这种方法。71 气动行程程序回路的设计概述气动行程程序回路的设计概述 程序控制（简称程控）是实现自动化广泛采用的一程序控制（简称程控）是实现自动化广泛采用的一种方法。所谓的程序控制就是根据生产过程中的位移，种方法。所谓的程序控制就是根据生产过程中的位移，时间，压力，温度等物理量的变化使控制对象的各执行时间，压力，温度等物理量的变化使控制对象的各执行元件按照预定的次序协调工作。按控制方式的不同元件按照预定的次序协调工作。按控制方式的不同 下面主要介绍行程程控。下面主要介绍行程程控。程控可分为程控可分为 行程程控行程程控时间程控时间程控混合程控混合程控数字程控数字程控行程程序控制的组成方式如下：行程程序控制的组成方式如下：图中：图中：外部输入信号外部输入信号启动信号或其它装置来的信号启动信号或其它装置来的信号逻辑控制回路逻辑控制回路由各种控制阀，逻辑元件（包括射流元件）由各种控制阀，逻辑元件（包括射流元件）形成的基本逻辑回路组合而成形成的基本逻辑回路组合而成转换或放大器转换或放大器 气，电，液转换装置气，电，液转换装置执行元件执行元件气缸，气马达气缸，气马达行程发射器行程发射器一种位置传送器，常用行程阀（机控阀）一种位置传送器，常用行程阀（机控阀）一、一、其设计方法有其设计方法有设计方法设计方法试凑法试凑法逻辑设计法逻辑设计法 分组供气法分组供气法逻辑运算法：用逻辑代数进行简化逻辑运算法：用逻辑代数进行简化图解法图解法XD线图法线图法卡诺图法卡诺图法快速消障法快速消障法计算机辅助逻辑综合法计算机辅助逻辑综合法步进控制或程序器步进控制或程序器定义：定义：xD线图法是利用绘制信号动作线图的方法设计出气线图法是利用绘制信号动作线图的方法设计出气 控回路。控回路。特点：直观，简便，适用于较复杂的回路设计。特点：直观，简便，适用于较复杂的回路设计。主要介绍 xD线图法：1、用大写英文字母用大写英文字母A，B，C表示气缸，用下标表示气缸，用下标“1”，“0”表示气缸活塞杆的两种状态。如表示气缸活塞杆的两种状态。如A1 A缸活塞杆伸缸活塞杆伸出状态，出状态，A0 A缸活塞杆收回状态；缸活塞杆收回状态；2、用带下标的小写字母用带下标的小写字母a1，a0，b1，b0等分别表示动作等分别表示动作A1，A0，B1，B0 相对应的行程阀及其输出信号。相对应的行程阀及其输出信号。如如a1，b1表示气缸活塞杆伸出至终点所碰到的行程阀及其表示气缸活塞杆伸出至终点所碰到的行程阀及其发出的行程讯号，同理发出的行程讯号，同理a0，b0表示气缸活塞杆回到终点表示气缸活塞杆回到终点所碰到的行程阀及其发出的行程讯号；所碰到的行程阀及其发出的行程讯号；二、常用符号规定：二、常用符号规定：3、右上角带右上角带*的信号是执行信号。如：的信号是执行信号。如：a1*、a0*、b1*、b0*而把不带而把不带*的信号称为原始信号，如的信号称为原始信号，如a1、a0、b1 b0执行这些信号必须要经过逻辑处理执行这些信号必须要经过逻辑处理后排除障碍的信号。后排除障碍的信号。72 xD线图设计法线图设计法一一、设计步骤：设计步骤：1、根据生产自动化的工艺要求，写出工作程序。、根据生产自动化的工艺要求，写出工作程序。2、绘制信号，动作图线、绘制信号，动作图线3、分析并排除控制障碍、分析并排除控制障碍4、绘制逻辑原理图和气动回路原理图、绘制逻辑原理图和气动回路原理图例：某台设备，有两个缸组成，工作过程为：夹紧缸夹紧，然后工例：某台设备，有两个缸组成，工作过程为：夹紧缸夹紧，然后工作缸伸出，压缩工件，毕后缩回，最后夹紧缸松开工件。作缸伸出，压缩工件，毕后缩回，最后夹紧缸松开工件。下面我们按设计步骤进行设计下面我们按设计步骤进行设计二、气动程序控制回路设计二、气动程序控制回路设计（一）写出工作程序：（一）写出工作程序：定义定义A为夹紧缸，为夹紧缸，B为工作缸，其动作为：为工作缸，其动作为：A1、B1、B0、A0工序图一：工序图一：夹紧工件夹紧工件工作缸伸出工作缸伸出工作缸缩回工作缸缩回松开工件松开工件工序图二：工序图二：A1B1B0A01234a1b1b0a0A1B1B0A01234a1b1b0a0图中：指向表示控制顺序如：a1B1表示a1控制B缸伸出（二）绘制信号，动作图线，即（二）绘制信号，动作图线，即xD线图：线图：xD线图法可设计线图法可设计多缸单往复系统：指在一个循环中每多缸单往复系统：指在一个循环中每 个气缸只作一次往复动作个气缸只作一次往复动作多缸多往复系统：指在一个循环中，某个气缸多缸多往复系统：指在一个循环中，某个气缸或几个气缸作多次往复动作或几个气缸作多次往复动作（1）画方格图：）画方格图：根据上面列出的工作程序，由左至右画方格，在方格的上方依次填上根据上面列出的工作程序，由左至右画方格，在方格的上方依次填上程序号程序号1，2，3 及在程序号下面填上相应的动作状态及在程序号下面填上相应的动作状态A1、B1 在最右边留一栏作为执行信号表达式（真正控制气缸的信在最右边留一栏作为执行信号表达式（真正控制气缸的信号）。最左边称为号）。最左边称为xD组，纵栏由上至下填上序号组，纵栏由上至下填上序号1，2 及及控制信号和控制动作状态。每一个控制信号和控制动作状态。每一个xD组包括上下两行，上行为行程控制组包括上下两行，上行为行程控制信号行，如：信号行，如：a0（A1）表示控制表示控制A1动作的信号是动作的信号是a0；下行为该信号控制的动下行为该信号控制的动作状态，如：作状态，如：A1最下面是备用格，消除障碍用的。最下面是备用格，消除障碍用的。1、多缸单往复系统、多缸单往复系统 xD 线图绘制线图绘制程程 序序A11B12B03A04执行信执行信号表达号表达式式xD线组线组1234备备 用用 格格a0（A1）A1a 1（B1）B1b1（B0）B0b0（A0）A02、画动作线（、画动作线（D线线）用粗实线画（红色）用粗实线画（红色）起点：是该动作程起点：是该动作程序的开始处，用序的开始处，用“”表示表示终点：是该动作状终点：是该动作状态变化的开始处，态变化的开始处，用用“”表示表示3、画信号线（、画信号线（x线线）用细实线画（蓝色）用细实线画（蓝色）起点：与起点：与同一组同一组中动中动作线的起点相同，用作线的起点相同，用“”表示表示终点：与终点：与上一组上一组中产生中产生该信号的动作线的终点该信号的动作线的终点相同，用相同，用“”表示表示（三）分析并排除障碍（三）分析并排除障碍信号信号1、障碍信号的确定：、障碍信号的确定：障碍信号：动障碍信号：动作状态要改变，而作状态要改变，而控制信号不允许其控制信号不允许其改变，这种障碍其改变，这种障碍其动作改变的信号称动作改变的信号称为障碍信号为障碍信号2、障碍信号的查找：、障碍信号的查找：检查每组中是否检查每组中是否存在有信号线比动作存在有信号线比动作线长的情况，如果有，线长的情况，如果有，则该信号就为障碍信则该信号就为障碍信号。长的那部分叫障号。长的那部分叫障碍段，用碍段，用“”表示表示备备 用用 格格程程 序序A11B12B03A04执行信执行信号表达号表达式式xD线组线组1234a0（A1）A1a1（B1）B1b1（B0）B0b0（A0）A0 设计时，必须将障碍段去掉，使其变为无障碍信号去控制主换向阀，这种信设计时，必须将障碍段去掉，使其变为无障碍信号去控制主换向阀，这种信号叫执行信号。图上用号叫执行信号。图上用“*”号表示执行信号（写在执行信号表达式中）。号表示执行信号（写在执行信号表达式中）。3、信号状态线的构成、信号状态线的构成执行段执行段执行段：必要部分执行段：必要部分自由段：可有可无自由段：可有可无障碍段：必须消除障碍段：必须消除自由段自由段障碍段障碍段在气动系统中：在气动系统中：I 型障碍信号型障碍信号多缸单往复系统中产生的障碍信号多缸单往复系统中产生的障碍信号 II 型障碍信号型障碍信号多缸多往复系统中产生的障碍信号多缸多往复系统中产生的障碍信号如前设动作顺序：如前设动作顺序：A1B1B0A0，分析一下有无障碍信号，分析一下有无障碍信号动作顺序：动作顺序：A1B1B0A0先看先看A缸伸出情况：缸伸出情况：A缸不能伸出，缸不能伸出，A1有障碍有障碍B缸伸出情况：缸伸出情况：B缸能伸出缸能伸出B缸缩回情况：缸缩回情况：B缸不能缩回，缸不能缩回，B0有障碍有障碍A缸缩回情况：缸缩回情况：A缸能缩回缸能缩回A1B1B0A01234a1b1b0a04 4、I I型障碍信号的排除型障碍信号的排除 I I型障碍信号的产生是因为控制信号线比其所控型障碍信号的产生是因为控制信号线比其所控制的动作线长或有信号线而无对应的动作。制的动作线长或有信号线而无对应的动作。排除障碍信号的实质就是缩短控制信号存在的时排除障碍信号的实质就是缩短控制信号存在的时间，使长信号变成短信号（信号线最长等于它所控制间，使长信号变成短信号（信号线最长等于它所控制的动作线）的动作线）排除排除I I 型障碍信号的方法有型障碍信号的方法有脉冲信号法脉冲信号法逻辑回路法逻辑回路法A、脉冲信号法此法是将有障碍的原始信号变成脉冲信号此法是将有障碍的原始信号变成脉冲信号1）采用机械活络挡铁或可通过式行程阀采用机械活络挡铁或可通过式行程阀 该方法简单可靠，该方法简单可靠，可节省气动元件及管路可节省气动元件及管路,但定位精度不高。但定位精度不高。适用：定位精度要求不适用：定位精度要求不高，活塞运动速度不太高，活塞运动速度不太大的场合。大的场合。2）采用脉冲阀或脉冲形成回路排除采用脉冲阀或脉冲形成回路排除I型障碍型障碍 该回路当系统启动，气源接通时，行程阀可能被压下而发出不应有该回路当系统启动，气源接通时，行程阀可能被压下而发出不应有的的“假脉冲信号假脉冲信号”，会使系统产生误动作。为防止这一现象，人们在脉，会使系统产生误动作。为防止这一现象，人们在脉冲阀之后加了一个启动保护装置。冲阀之后加了一个启动保护装置。采用脉冲阀和脉冲形成回路排除障碍，必须注意把脉冲宽度事先调采用脉冲阀和脉冲形成回路排除障碍，必须注意把脉冲宽度事先调节好，使其脉冲宽度即能排除障碍又足以完成所需要的动作要求。节好，使其脉冲宽度即能排除障碍又足以完成所需要的动作要求。适用：定位精度要求较高的场合。适用：定位精度要求较高的场合。B 逻辑回路法排障逻辑回路法排障1）由由“与门与门”逻辑元件排除逻辑元件排除 I 障碍障碍 采用逻辑与的目的也是把长信号变成短信采用逻辑与的目的也是把长信号变成短信号，消除干扰段，保留执行段。为了排除某有障号，消除干扰段，保留执行段。为了排除某有障碍信号碍信号m的障碍段，需另外引入一个辅助信号的障碍段，需另外引入一个辅助信号（称为制约信号）（称为制约信号）x和和m相相“与与”而得无障碍信而得无障碍信号号m*，具体做法为：具体做法为：m*=mxm*=mx式中：式中：m -有障信号有障信号 x -制约信号，用来排除障碍的辅助信号制约信号，用来排除障碍的辅助信号 m*-无障执行信号无障执行信号原则原则 x 信号的原则：信号的原则：x在障碍信号在障碍信号m的执行段应该存在，在的执行段应该存在，在m的障碍段不应的障碍段不应该存在，如下图所示：该存在，如下图所示：mxm*制约信号制约信号x 的起点应选在的起点应选在障碍信号障碍信号m 的前面，及的前面，及m障碍障碍段之后的范围中。段之后的范围中。x 的终点应的终点应选在选在m障碍信号的无障碍段。障碍信号的无障碍段。一般应尽量选用系统中某原始信号或主控阀的输入信一般应尽量选用系统中某原始信号或主控阀的输入信号作为制约信号。号作为制约信号。2）在中间记忆元件排除在中间记忆元件排除 I 型障碍型障碍 若在信号动作线上找不到直接可用来作制约信号若在信号动作线上找不到直接可用来作制约信号的信号时，可采用中间记忆元件排除障碍，即用中间的信号时，可采用中间记忆元件排除障碍，即用中间记忆元件的输出信号作制约信号和有障碍的信号记忆元件的输出信号作制约信号和有障碍的信号m相相“与与”，排除，排除m 中的障碍。中的障碍。表达式为：表达式为：中间记忆元件输入信号中间记忆元件输入信号,常为双气常为双气控，二位三通（或二位五通）阀。控，二位三通（或二位五通）阀。t、d-分别为记忆元件分别为记忆元件 k 的两个控制信号的两个控制信号 当当 t 有气时，有气时，k 阀有输出，而当阀有输出，而当 d 有气时，有气时，k 阀无输出。很明显，阀无输出。很明显，t 与与 d 不能同时存在，只能一先一后存在。不能同时存在，只能一先一后存在。mm*td选择选择 k 的原则：的原则：t-使使 k 阀阀“通通”的信号，的信号，起点应选在无障碍段之前，有起点应选在无障碍段之前，有障碍段之后或与障碍段之后或与 m 同时，起终同时，起终点应选在点应选在 t 起点至起点至 m 的无障碍的无障碍之中这段范围内。之中这段范围内。d-使使 k 阀阀“断断”的信号，的信号，起点应选在起点应选在 m 信号起点之后到信号起点之后到障碍信号之前，终点应选在障碍信号之前，终点应选在 t 起点之前。起点之前。A1B1B0A01234a1b1b0a0解决例题：解决例题：q采用中间记忆元件消采用中间记忆元件消除障碍信号除障碍信号程程 序序A11B12B03A04执行信执行信号表达号表达式式XD线组线组1234 备备 用用 格格a0（A1）A1a1（B1）B1b1（B0）B0b0（A0）A0 绘制气控逻辑原理图与气控回绘制气控逻辑原理图与气控回 路原理图路原理图 气动逻辑原理图是根据气动逻辑原理图是根据xD图的执行信号表图的执行信号表式及考虑手动，启动，复位等所画出的逻辑方框式及考虑手动，启动，复位等所画出的逻辑方框图。当画出逻辑方框图后，再根据它可以很快地图。当画出逻辑方框图后，再根据它可以很快地画出气动回路原理图。因此，它是由画出气动回路原理图。因此，它是由xD图画出图画出回路原理图的桥梁。回路原理图的桥梁。1.绘制气控逻辑原理图绘制气控逻辑原理图csA1=a0q csB1=csB0=b1csA0=qa0b0a1b10101A1A0B1B0011）直观习惯画法）直观习惯画法 2.绘制气动回路原理图绘制气动回路原理图有两种方法有两种方法直观习惯画法直观习惯画法仿逻辑原理图法仿逻辑原理图法画法特点：将系统中全部执行元件（气缸，气马达）画法特点：将系统中全部执行元件（气缸，气马达）水平或垂直排列，在执行元件的下面或左侧画上对应水平或垂直排列，在执行元件的下面或左侧画上对应的主控阀，而把行程阀的主控阀，而把行程阀 直观地画在气缸活塞杆伸缩对直观地画在气缸活塞杆伸缩对应的水平位置上。应的水平位置上。该画法比较直观，但接线规律性差，交叉点多。该画法比较直观，但接线规律性差，交叉点多。直观习惯画法直观习惯画法:动作顺序：动作顺序：A1B1B0A0b12）仿逻辑画法仿逻辑画法特点：执行元件，行程阀，主控阀的布置仿逻辑原理图。特点：执行元件，行程阀，主控阀的布置仿逻辑原理图。各执行元件由上至下水平的排列在右边，主控阀放在各执行元件由上至下水平的排列在右边，主控阀放在相应气缸的左下方。活塞杆伸缩两端点位置标出相应行程相应气缸的左下方。活塞杆伸缩两端点位置标出相应行程序的符号（序的符号（a0、a1、b0、b1）各行程阀大致排列在左边。各行程阀大致排列在左边。该画法接线规律性明显，连线较少，但直观性差。该画法接线规律性明显，连线较少，但直观性差。仿逻辑画法仿逻辑画法:动作顺序：动作顺序：A1B1B0A0a0b0a1b1A1A0B1B0qa0 q三、快速消障法 在发令缸的一次往复（或复往）动作中包含在发令缸的一次往复（或复往）动作中包含直接直接受令缸的一次往复（或复往）动作，则该发受令缸的一次往复（或复往）动作，则该发令信号为障碍信号。令信号为障碍信号。A1B1B0A01234a1b1b0a0如：如：A1 B1 B0 A0a1b0如：如：A1 A0 B1 B0 作业作业A1A0B01234a1b1b0a0B1a0b0作业：作业：1)A1 B1 A0 C1 B0 C0 2)A1 B1 B0 A0 C1 C0