液壓傳動與氣動技術模塊九課件.ppt

模塊九雙缸控制回路設計 1 了解雙缸控制回路的設計方法 2 掌握行程程序圖的表示方法及設計方法 3 掌握邏輯原理圖的設計原理及方法 4 掌握信號 狀態(tài)圖的設計方法 檢測裝置工作示意圖 下圖為流水線上檢測裝置的工作示意圖 圓形工作臺上有6個工位 氣缸B是檢測氣缸 對工件進行檢測 氣缸A是工作氣缸 它每伸出一次 使工作臺轉(zhuǎn)過一定的角度 檢測裝置的工作要求是 氣缸A伸出 氣缸B伸出 氣缸A退回 氣缸B退回 本任務要求設計滿足該檢測裝置工作要求的控制回路 類似于檢測裝置這種需要兩個 或兩個以上 執(zhí)行氣缸協(xié)調(diào)工作的回路稱為多缸回路 設計多缸回路時首先要畫出氣缸運動的位移 步驟圖 有關動作順序的條件也應加以規(guī)定 在對多缸回路的設計中一般用行程程序回路的設計方法 因而在設計過程中必須有清晰的設計思路 并熟練掌握設計方法 本模塊只涉及多缸控制回路中的雙缸控制 檢測裝置 一 行程程序控制方法 行程程序控制 外部輸入啟動信號后 邏輯回路進行邏輯運算后 通過主控元件發(fā)出一個執(zhí)行信號 推動第一個執(zhí)行元件動作 動作完成后 執(zhí)行元件在其行程終端觸發(fā)第一個行程信號器 發(fā)生新的信號 再經(jīng)邏輯控制回路進行邏輯運算后發(fā)出第二個執(zhí)行信號 指揮第二個執(zhí)行元件動作 依次不斷地循環(huán)運行 直至控制任務完成切斷啟動指令為止 這是一個閉環(huán)控制系統(tǒng) 這種控制方法具有連鎖作用 能使執(zhí)行機構按預定的程序動作 故非常安全可靠 是氣動自動化設備上使用最廣泛的一種方法 二 行程程序的文字表示方法 在實際應用中常用文字符號來表示行程程序 1 執(zhí)行元件的表示方法用大寫字母A B C 表示執(zhí)行元件 用下標 1 表示氣缸活塞桿的伸出狀態(tài) 用下標 0 表示氣缸活塞桿的縮回狀態(tài) 如A1表示A缸活塞桿伸出 A0表示A缸活塞桿縮回 2 行程信號器 行程閥 的表示方法用帶下標的小寫字母a1 a0 b1 b0等分別表示由A1 A0 B1 B0等動作觸發(fā)的相對應的行程信號器 行程閥 及其輸出的信號 如a1是A缸活塞桿伸出到終端位置所觸發(fā)的行程閥及其輸出的信號 3 主控閥的表法方法主控閥用F表示 其下標為其控制的氣缸號 如FA是控制A缸的主控閥 主控閥的輸出信號與氣缸的動作是一致的 如主控閥FA的輸出信號A1有信號 即活塞桿伸出 氣缸 主控閥 行程信號器之間的關系 二 行程程序的文字表示方法 氣缸與主控閥 行程信號器 行程閥 之間的關系及有關代號如圖所示 三 接近開關控制 由于行程開關經(jīng)常和機械裝置踫撞 容易損壞 在實際應用中經(jīng)常用接近開關來代替行程開關 可以避免機械踫撞而造成開關的損壞 1 接近開關的種類 常用的接近開關 接近開關控制分料裝置控制原理圖 2 接近開關的選擇通常都選用電感式接近開關和電容式接近開關 因為這兩種接近開關對環(huán)境的要求條件較低 3 接近開關的控制方法用例如 接近開關控制的分料裝置 其中在R1 C1處分別安裝的為電感式接近開關和電容式接近開關 一般要求按近開關與活塞桿的距離應控制在3mm左右 三 接近開關控制 一 繪制檢測裝置的位移 步驟圖 圖中執(zhí)行元件A表示轉(zhuǎn)動氣缸 執(zhí)行元件B表示測量氣缸 從位移 步驟圖中可以清楚的看出兩執(zhí)行元件的運動狀態(tài) 當執(zhí)行元件A前伸時 測量氣缸B保持不動 當缸A前進到位置時 發(fā)出一個信號a1使B缸前伸 而A缸保持伸出狀態(tài) 當缸B前伸到位置后 發(fā)出一個信號b1使缸A回縮 而缸B保持伸出狀態(tài) 當缸A回到原位后 發(fā)出一個信號a0使缸B回到原始位置并得到一個控制信號b0 以準備下一個循環(huán) 檢測裝置的位移 步驟圖 二 繪制行程程序框圖 1 程序框圖程序框圖就是用每一個方框表示一個動作或一個行程 如檢測裝置的程序框圖 從位移 步驟圖中的分析 其動作次序用圖9 1 7所示的程序框圖表示 測量裝置行程程序框圖 2 程序框圖的簡化 程序框圖的簡化表示方法a 一般式b 簡化式c 最簡式 二 繪制行程程序框圖 檢測裝置的X D圖的方格圖 三 繪制信號 動作狀態(tài)圖 1 繪制 X D圖 的方格圖 檢測裝置的X D圖 2 畫動作狀態(tài)線繪好X D圖的方格圖后 接著先畫動作狀態(tài)線 三 繪制信號 動作狀態(tài)圖 四 繪制氣動邏輯原理圖 1 氣動邏輯原理圖的基本組成及表示符號 1 原始信號的表示方法原始信號主要有 行程閥和外部輸入信號 這些信號符號要加上方框 如 而對其他手動閥及控鈕閥等分別在方框上加相應的符號來表示 如 標有g表示其為手動啟動閥 2 原理圖的表示方法邏輯控制回路主要是 與 非 或 記憶 等邏輯功能 用相應符號來表示 注意這些符號應理解為邏輯運算符號 它不一定就代表一個確定的元件 3 主控閥的表示方法主控閥由于通常具有記憶能力 故常以記憶元件的邏輯符號來表示 而執(zhí)行機構 如氣缸 氣動馬達等 則通常只以其狀態(tài)符號 如A0 A1 表示與主控閥相連 2 檢測裝置的邏輯原理圖根據(jù)檢測裝置的X D圖畫出邏輯控制原理圖 檢測裝置的邏輯原理圖 四 繪制氣動邏輯原理圖 五 控制回路的設計 1 純氣動控制回路的設計有了X D圖可以把執(zhí)行元件 主控閥以及其他控制元件按X D所示的關系連接出來 檢測裝置控制回路原理圖 測量裝置純氣動控制回路圖 完善后 五 控制回路的設計 純氣動控制回路的完善用單向節(jié)流閥控制活塞桿的前伸速度 用快速排氣閥來加快活塞桿的回退速度 并用自鎖控制的方法來控制活塞的運動和停止 五 控制回路的設計 1 純氣動控制回路的設計有了X D圖可以把執(zhí)行元件 主控閥以及其他控制元件按X D所示的關系連接出來 檢測裝置控制回路原理圖 2 電 氣綜合控制回路的設計 測量裝置電 氣綜合控制回路圖 五 控制回路的設計 五 控制回路的設計 1 純氣動控制回路的設計有了X D圖可以把執(zhí)行元件 主控閥以及其他控制元件按X D所示的關系連接出來 檢測裝置控制回路原理圖 一 控制系統(tǒng)的分類 在本任務氣動回路設計中采用的方法屬于程序控制中的行程控制 控制系統(tǒng)的分類 二 氣動程序控制系統(tǒng)的組成 氣動程序控制系統(tǒng)的組成 1 了解磁感應開關的基本應用原理 2 掌握磁感應開關的職能符號及具體應用方法 3 掌握多缸回路的設計方法 任務2半自動鉆床控制回路設計 4 掌握利用X D圖判別障礙信號的方法 5 掌握消除障礙信號的基本方法 半自動鉆床切削加工示意圖 半自動鉆床鉆床有兩個氣缸 一個用來驅(qū)動鉆床主軸的軸向移動也就是切削進給 稱之為切削缸 另一個用來夾緊工件 稱為夾緊缸 在機床的切削過程中 要求兩個氣缸按一定的順序要求先后動作 完成一個工作循環(huán) 即工作要求為 夾緊缸伸出夾緊工件 切削缸切削進給 切削缸退回 夾緊缸松開工件退回 本任務要求設計符合該工作要求的半自動鉆床的控制回路 在一個循環(huán)中 有一個或多個氣缸進行多次往復運動的稱為多缸往復行程控制回路 半自動鉆床控制回路屬于多缸單往復行程控制回路 也就是在一個循環(huán)程序中 所有的氣缸都只做一次往復運動 在多缸回路的設計中有一定的方法 一般都是用位移 步驟圖 行程程序圖引導出信號 動作圖 X D圖 通過對信號 動作圖的分析 畫出邏輯原理圖 最終畫出氣動控制回路圖 在設計多缸往復行程控制回路時 遇到的最大問題是信號的重疊 因此 合理 正確地解決信號重疊問題是設計這類回路的關鍵和基礎 一 磁性開關控制 磁性開關 1 磁性開關磁性開關利用一種磁敏元件 當磁性物體接近時利用內(nèi)部電路狀態(tài)的變化 進而控制開關的通斷 這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體 磁性開關一般是和磁性氣缸配套使用 磁性氣缸的活塞上都有一個永久性的磁環(huán) 把磁性開關安裝在氣缸的缸筒上 當活塞往復運動時永久性磁環(huán)一起運動 而磁性開關檢測到永久磁環(huán)時就發(fā)出一個信號 使得開關 通 或 斷 它的具體的安裝如圖所示 磁性開關控制系統(tǒng)圖a 氣動控制圖b 電氣控制圖 2 磁性開關的控制方法下圖為磁性開關控制的分料裝置系統(tǒng)圖 它是由磁性開關發(fā)出電信號以控制閥1 1的電磁線圈 從而控制氣缸的往復運動 一 磁性開關控制 單向式行程閥a 實物圖b 活塞桿前伸c 活塞桿繼續(xù)前伸d 活塞桿回退 注意 單向式行程閥安裝時 一定要將其安裝在活塞桿未到達終端的一小段距離的位置上 以便活塞桿的撞塊能夠通過 否則不能達到發(fā)出脈沖信號的作用 二 單向行程閥 根據(jù)鉆床的工作要求做出位移 步驟圖 從圖中可以看出兩執(zhí)行機構A缸和B缸的動作 步驟以及控制信號的位置及控制方向 當A缸把工件夾緊后 得到控制信號a1控制B缸開始切削進給 當切削結束后得到控制信號b1控制B缸退回 退回到位后得到控制信號b0以控制A缸退回松開工件 一 繪制半自動鉆床控制回路的位移 步驟圖 半自動鉆床的位移 步驟圖 從圖中可以看出 當A缸活塞桿前伸壓下行程閥a1后 B缸前伸 同時A保持夾緊狀態(tài) 當B缸活塞桿壓下行程閥b1后 其活塞桿回退 當B缸的活塞桿回退壓下b0行程閥后 使A缸活塞桿回退 直至終點壓下行程閥a0 二 繪制半自動鉆床控制系統(tǒng)的行程程序圖 半自動鉆床控制系統(tǒng)的行程程序圖a 一般形式b 簡化形式 在設計回路之前需繪制控制系統(tǒng)的信號 動作狀態(tài)圖 如圖所示為鉆床的控制系統(tǒng)X D圖 具體的繪制方法如下所示 1 繪 X D圖 的方格圖2 繪出動作狀態(tài)圖3 繪制信號狀態(tài)線 三 繪制半自動鉆床控制系統(tǒng)的信號 動作狀態(tài)圖 半自動鉆床控制系統(tǒng)的X D狀態(tài)圖 1 利用X D圖判別障礙信號判斷多缸單住復控制障礙信號的基本方法是 當主控閥控制信號某一端需輸入時 而另一端的控制信號還存在 則還存在的信號就是障礙信號 在X D線圖上用波浪線來表示 在X D圖上障礙信號的具體表現(xiàn)為 在同一組中控制信號線 細實線 的長度大于所控制的動作狀態(tài)線 粗實線 的長度 其超出長度即為障礙段 下圖中a1 b0的的控制信號線長度大于所控制動作的狀態(tài)線長度 也就是當A缸活塞桿前伸發(fā)出a1信號使B缸的活塞前伸時 a1的信號在B缸的活塞桿前伸發(fā)出b1信號時還在保持 所以a1信號在第 行程段內(nèi)為障礙信號 同理b0信號在第 行程段內(nèi)也是障礙信號 四 判斷 消除障礙信號 障礙信號的判別 2 障礙信號的消除 1 用單向行程閥消除障礙信號用單向式行程閥消除障礙信號的方法就是使控制信號變?yōu)橐粋€短暫的脈沖信號 從半自動鉆床的X D圖可以看出 a1 b0都有一段為障礙信號 為了消除這兩段障礙信號可以把a1 b0兩個行程閥更換成單相行程閥 使長信號變成短暫的脈沖信號 這樣就得到下圖所示的X D圖 用單向行程閥消除障礙信號的X D圖 四 判斷 消除障礙信號 消除了障礙信號 這樣控制回路就相對簡單 就可以再根據(jù)X D圖設計出下圖所示的控制回路圖 四 判斷 消除障礙信號 用單向行程閥消障的控制回路 2 障礙信號的消除 2 用換向閥消除障礙信號1 直接消障法直接消障法就是指控制信號 x 是利用系統(tǒng)中現(xiàn)有的原始信號或主控閥輸出信號來進行消障的方法 它的計算公式 邏輯表達式及控制回路如圖a b所示 直接消障法在選擇x信號時 應讓x信號的開始點在障礙信號m開始之前或同時開始 包括m障礙段之后 x的終止點應選在障礙信號m的無障段 直接消障法 四 判斷 消除障礙信號 2 障礙信號的消除 2 用換向閥消除障礙信號2 間接消障法間接消障法就是在系統(tǒng)中沒有能直接用做制約信號x的原始信號 故必須在系統(tǒng)中另加一個輔助閥以得到制約信號x 這個輔助閥一般為具有記憶功能的雙氣控換向閥 間接消障法 四 判斷 消除障礙信號 2 障礙信號的消除 2 用換向閥消除障礙信號3 X D線圖法設計中制約信號的選擇為了能得到可靠的 執(zhí)行信號 關鍵在于制約信號的選擇 在選擇制約信號的時 從 X D 圖上看必須滿足兩個條件 1 制約信號x必須與障礙信號m的執(zhí)行段重合 使執(zhí)行信號 m 中保留信號執(zhí)行段 2 執(zhí)行信號x必須與m的障礙段不重合 以使m 中不再有障礙段 在具體選擇制約信號x時 通常借助于X D圖 從圖中尋找下列幾種信號作為制約信號 其他原始信號 其他原始信號的 非 信號 其他主控閥的輸出 記憶 信號 用中間記憶元件的輸出信號 組合信號 半自動鉆床控制系統(tǒng)X D圖 四 判斷 消除障礙信號 2 障礙信號的消除 2 用換向閥消除障礙信號4 半自動鉆床控制系統(tǒng)的換向閥消障方法為了便于分析及選擇制約信號 把半自動鉆床控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的原始信號進行選擇 選出制約信號或輔助元件雙氣控3 2閥的 通 斷 控制信號 半自動鉆床系統(tǒng)的原始信號除a1 b0兩障礙信號外 只有a0 b1兩個可選擇的原始信號 而這兩個信號直接與障礙信號進行邏輯與運算 得不到所需的執(zhí)行信號 因而選擇間接消障的方法 在用間接消障法時 分別選擇a0 b1為兩個雙氣控3 2閥的兩個控制信號 換向閥與a1信號進行邏輯與的運算 a0控制的 通 以得到執(zhí)行信號 a1 而b1控制的 斷 以消除障礙信號段 同理b1控制換向閥的 通 以得到執(zhí)行信號 b0 a0控制閥的 斷 以消除障礙信號段 四 判斷 消除障礙信號 根據(jù)X D圖 按照各元件之間的邏輯關系繪制出控制系統(tǒng)邏輯原理圖 邏輯原理圖是從信號 動作狀態(tài)圖到繪制控制回路圖的中間橋梁 它表示出整個氣動控制的邏輯控制部分 是控制回路的核心部分 半自動鉆床控制系統(tǒng)的邏輯原理圖 五 繪制邏輯原理圖 1 純氣動控制回路的設計 半自動鉆床純氣動控制回路圖 六 繪制控制回路圖 半自動鉆床電 氣綜合控制回路圖 2 電 氣綜合控制回路的設計 六 繪制控制回路圖 3 氣動系統(tǒng)回路的簡化完善 六 繪制控制回路圖 在實際的應用中 純氣動控制和電 氣控制的電路圖還不夠完善 需要在此基礎上加以簡化完善 可以將純氣動控制中的兩個3 2雙氣控閥合并成一個5 2閥加以控制 簡化回路降低成本 提高控制的可靠性 在完善回路時一般從執(zhí)行元件的速度控制 臨時的手動操作回路 起動 復位 緊急停車及連鎖保護 氣源壓力調(diào)節(jié) 分配 凈化處理等幾個方面考慮 以提高設計回路實用性 安全性 適應性等 一 氣動系統(tǒng)設計的內(nèi)容與步驟 工作要求主要是指系統(tǒng)的工作環(huán)境 動作要求 速度要求 精度要求等 控制回路設計主要是指對控制方案進行比較 選擇較合理的氣控回路 元器件的選擇主要是指針對工作要求及回路設計方案選擇執(zhí)行元件 各種閥 各種輔助元件以及確定空壓機的類型 確定管道直徑是指根據(jù)執(zhí)行元件的耗氣量 估算出管徑 最后繪制出氣動控制回路圖 管道安裝圖和元件布置圖等 氣動系統(tǒng)設計過程 二 氣動行程 程序控制回路設計的方法 氣動行程 程序控制回路設計方法可歸納為兩大類 直觀組合法與邏輯設計法 直觀組合法就是利用氣動的基本回路與常用回路 考慮啟動 急停 復位 延時等要求 適當組合而成為符合某一要求的程控回路 這種設計方法適用于較簡單的回路設計 并且必須對設計的回路進行檢驗和修正 邏輯設計法用于較復雜往復動作回路 其中常用的方法有 信號 動作狀態(tài)線圖法 簡稱X D線圖法 邏輯運算法 卡諾圖法 列表法 Q M法 以及計算機輔助簡化法 CAS法 等 在這幾種方法中X D線圖法應用較廣 這種設計方法比較直觀 容易理解 但設計處理過程較煩鎖 它的設計過程主要為 繪工作行程順序圖 繪制X D線圖 確定并消除控制障礙信號 確定執(zhí)行信號 繪氣控邏輯原理圖 繪制氣動回路原理圖 1 了解多程序控制回路的設計方法 2 掌握電 氣綜合控制的要求 3 掌握氣動計數(shù)器的職能符號及應用 4 掌握電子計數(shù)器的職能符號及應用 匯集裝置工作示意圖 如圖所示為匯集裝置的工作示意圖 A缸把流水線上已加工好的產(chǎn)品 一個一個送到B缸的托架上 當托架上有三個產(chǎn)品后 B缸伸出 將產(chǎn)品送入包裝箱中 因而該裝置的動作過程為 A缸連續(xù)往復三次 B缸伸出 試根據(jù)上述工作要求完成匯集裝置的控制回路設計 在一個循環(huán)中 某一或某些氣缸進行多次往復運動的程序 這種回路的控制方法稱為多住復程序設計 匯集裝置控制屬于多次往復運動回路 設計這種回路時 為了簡化回路 在實際應用中一般用計數(shù)器來加以設計 所以必須掌握計數(shù)器的職能符號及應用等知識 氣動計數(shù)器可以在0 9999的范圍內(nèi)加以預設置 圖示職能符號預設置了兩個脈沖 它是按減1方式記錄氣動信號 如果預置值達到零 則該計數(shù)器就有氣信號輸出 輸出信號一直被保持 直至通過手動或控制口10將計數(shù)器復位 一 氣動計數(shù)器 氣動計數(shù)器 電子計數(shù)器的預設置范圍為0 9999 圖示職能符號預置了6個脈沖 它的工作方式與氣動計數(shù)器相似 接線端A1和A2之間的脈沖數(shù)達到預設置電流脈沖后 繼電器觸點閉合 如果在接線端R1和R2之間施加電壓 則電子計數(shù)器被復位至預置值 也就是說A1和A2端為脈沖輸入端 而R1和R2端為復位端 當輸入端有脈沖信號輸入 預設數(shù)字遞減1 當數(shù)字遞減為 0 時 繼電器的常閉觸點斷開 常開觸點閉合 直至復位端有信號輸入 繼電器觸點復位 同時數(shù)字又恢復到預設置數(shù)字 二 電子計數(shù)器 電子計數(shù)器 A缸送料往復三次后 使得B缸伸出 從圖中信號可以看出A缸啟動的伸出由b0控制 而往復中由a0控制 a0信號沒有達到往復的次數(shù)只控制B缸的前伸 而達到次數(shù)后就控制B缸的前伸 這就是多往復程序控制的特點之一 觸發(fā)器產(chǎn)生的信號 在不同的行程中相同信號可能控制不同的動作 相同的動作在不同的行程可能有不同的信號控制 一 繪制匯集裝置的位移 步驟圖 匯集裝置的位移 步驟圖 根據(jù)位移 步驟圖繪制出的工作程序圖并進行簡化 按下啟動按鈕 A缸伸出 當觸發(fā)信號a1后A缸退回 當觸發(fā)信號a0后又伸出 如此循環(huán)3次 再退回觸發(fā)信號后B缸伸出 觸發(fā)信號b1后退回 退回觸發(fā)b0而進入下一循環(huán) 二 根據(jù)位移 步驟圖繪制行程程序圖 匯集裝置的行程程序圖 根據(jù)匯集裝置的位移 步驟圖以及行程程序圖設計繪制X D圖 匯集裝置屬于多往復程序控制 往往一個信號控制不同的動作 或相同動作由不同信號控制 在匯集裝置中b a同時控制A缸伸出 這時就把這兩個信號線畫在一個縱向格內(nèi) 這樣就繪制出下圖所示的匯集裝置的X D圖以及控制信號 并判斷出重疊信號 三 繪制匯集裝置的X D圖 匯集裝置的X D圖 在往復程序控制中消除障礙信號的方法有多種 常用的方法就是利用計數(shù)的方法加以消除 如下圖所示 這樣這多了計數(shù)器的控制信號 可以選擇合適的消障信號 利用邏輯 與 的計算方法得到執(zhí)行信號 由于多往復程序有的往復次數(shù)多 而重復動作控制相同 這樣可以把相同的加以省略 使X D圖不至于過長 計數(shù)器消除障礙信號的X D圖 三 繪制匯集裝置的X D圖 根據(jù)X D圖設計繪制出如下圖所示的匯集裝置的邏輯控制原理圖 這樣就把各控制信號之間的關系都用邏輯計算式表達清楚 各信號發(fā)生器的連接方式也確定了 四 根據(jù)X D圖繪制邏輯控制圖 匯集裝置的邏輯控制圖 匯集裝置的純氣動控制回路 1 純氣動回路設計 五 匯集裝置的控制回路設計 匯集裝置電 氣控制原理圖 五 匯集裝置的控制回路設計 2 電 氣綜合控制回路設計 一 繪制電控氣動回路圖時的注意事項 1 主控閥一般采用直動式電磁換向閥或先導式電磁換向閥 如采用交流雙電控直動式電磁閥時 該閥兩側(cè)電磁線圈不得同時得電 以防燒毀線圈 為此必須設計保護電路 使兩側(cè)不能同時得電 一般雙電控換向閥都要求兩控制口不能同時有信號 即雙電控電磁閥不能同時得電 因而都要求加互鎖保護 2 電磁閥