第15章 气动程序系统及其设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十五章 气动程序系统及其设计 应用实例,一般要求,1,、行程程序控制系统的设计步骤,2,、气动机械手气压传动系统,重点要求,多缸单往复行程程序回路设计,具体要求,了解行程程序控制系统的设计步骤；掌握多缸单往复行程程序回路设计。,程序控制,根据生产要求，使被控制元件按预定顺序协调动作的自动控制方式。,根据控制方式不同分类：,时间、行程、混合,等程序控制。,（,1,）时间程序控制：,按时间顺序自动控制。用时间信号通过控制线路，按一定时间间隔分配给每一个执行元件，产生有序动作。属于开环控制系统。,（,2,）行程程序控制：,前一执行元件动作完成并发信号后，才允许下一执行元件动作。主要由行程发信装置、执行元件、回路、动力源等组成。,（,3,）混合程序控制：,在行程程序控制中包含时间程序控制。,15.1,行程程序控制系统的设计步骤,一、明确工作任务与环境要求,（,1,）工作环境,（,2,）动力（输出力等）,（,3,）运动状态,（,4,）工作任务,（,5,）控制方式（手动、自动）,二、回路设计,（核心部分）,具体步骤如下：,1,）根据工作要求列出工作程序、几个执行元件及动作顺序、执行元件形式；,2,）画出信号（,X,）,动作（,D,）,状态图（即：,XD,图）；,3,）找出障碍并消除障碍；,4,）画出逻辑原理图和回路图。,三、选择、计算执行元件,1,）确定执行元件类型和数目；,2,）计算、选定各运动、结构参数。包括运动速度、行程（角速度）、输出力（转矩）及缸径；,3,）计算耗气量。,四、选择控制元件,五、选择气动辅助元件、验算各种阻力损失,六、根据执行元件耗气量，定出压缩机容量及台数,15.2,多缸,单往复行程,程序控制回路,多缸单往复程序回路,一个循环，所有缸体作一次往复。,设计方法：,X-D,状态图法（信号,动作状态图法）,一、障碍信号的判断与排除,大部分的行程程序回路的信号之间有干扰，形成障碍，使动作不能正常进行，形成有障回路。,例：如图,15-1,，,A,1,B,1,B,0,A,0,回路（下标,1,伸出、,0,缩回）,气源（,1,）供气：,信号,b,0,阀,A,右位（,A,0,位）。即使按下启动阀,q,，阀,A,左位（,A,1,位）供气，,阀,A,也不会切换。,故：,信号,b,0,为,启动阀,q,的,障碍信号。,若,b,0,无信号：,按下启动阀,q,，,气源（,2,）,a,0,阀,A,左位（,A,1,位,）供气,活塞,A,伸出,压下,a,1,，,发出信号,a,1,阀,B,左位（,B,1,位,）,活塞,B,伸出,压下,b,1,，,发出信号,b,1,，,使,b,1,向阀,B,右位,（,B,0,位）信号发送不进去。,故：,a,1,妨碍,b,1,信号送入。,综上所述：,b,0,、,a,1,都,妨碍其它信号输入，形成,障碍，回路无法工作。,一个信号妨碍另一信号输入，称,I,型障碍信号,；,由于信号多次出现而产生的障碍，称,II,型障碍信号,。易发生在多往复回路中。,二、行程程序回路的设计方法和步骤,解决信号与执行元件动作协调和连接问题。,用信号,动作（,XD,）,状态图法设计方法和步骤：,（,1,）根据自动化工艺要求，列出工作程序或工作程序图；,（,2,）绘制,XD,状态图（,X,线用细实线，,D,线用粗实线,）；,（,3,）找出障碍信号并排除，列出所有执行元件控制信号的逻辑表达式；,（,4,）绘制逻辑原理图；,（,5,）绘制气动回路的原理图。,三、,XD,状态图中的符号规定,（,1,）汽缸依次用,A,、,B,、,C,、,D,、,E,，,下标“,1”,活塞杆伸出，“,0”,退回；,（,2,）用各汽缸对应小写,a,、,b,、,c,、,d,、,e,表示相应行程阀发出的信号，“,1”,、“,0”,同上；,（,3,）控制汽缸换向的,主控阀,也用与之相控制的缸对应的文字符号，如：,A,1,、,A,0,、,B,1,、,B,0,等；,（,4,）经过逻辑处理且排除障碍后的执行信号,右上角,加“,*,”，不带“,*,”的为原始信号。,四、,XD,状态图画法介绍,以两缸组成的攻螺纹机为例说明。（即图,15-1,）,说明：,A,缸,送料缸、,B,缸,攻螺纹缸。,自动循环动作为：,启动,A,缸进,B,缸进,B,缸退,A,缸退,用字母表示为：,略去箭头和控制信号（小写字母），简化为,A,1,B,1,B,0,A,0,（一）,XD,状态图画法,1,、画方格图,如图,15-2,，由左,右画方,格，在,方格端部,依次填写,程序序号,1,、,2,、,3,、,4,等，,在序号下方填写,相应动作,状态,A,1,、,B,1,、,B,0,、,A,0,，,最,右边纵栏,填写,执行信号,，,最左边纵栏,由上,下,填写,控制动作状态组序号,1,、,2,、,3,、,4,（,XD,组）和,控制信号,。每个,XD,组分上下两行，上行为,行程程序号,，下行为,该信号控制的动作状态,。在备用格根据具体情况填写辅助阀输出信号、消障信号、联锁信号等。,图,15-2,的绘制：,a,o,(A,1,),发出,信号,后到,A,1,前消失，,有,A,1,动作,直到,A,o,前结束。,故：,X,线：,A,0,后,A,1,前；,D,线：,A,1,动作,A,0,前,结束,。,a,1,(B,1,),发出,信号,后到,A,o,前结束，,有,B,1,动作,直到,B,o,前结束。,故：,X,线：,A,1,后,A,o,前；,D,线：,B,1,动作,B,0,前,结束,。,b,1,(B,0,),发出,信号,后到,B,0,前消失，有,B,0,动作,直到,B,1,前结束。,故：,X,线：,B,1,后,B,0,前；,D,线：,B,0,动作,B,1,前结束,。,b,0,(A,0,),发出,信号,后到,B,1,前结束，,A,0,动作,直到,A,1,前结束。,故：,X,线：,B,0,后,B,1,前；,D,线：,A,0,动作,A,1,前,结束,。,2,、画动作状态线（,D,线）,横,粗实线,各执行元件动作状态线。,D,线,起点“”,该动作程序开始处；,D,线,终点“,”,该动作程序终止处。,3,、画信号线（,X,线）,用,细实线,表示,X,线，,起点,与,同组,D,线,起点,相同,，终点,与,上组,产生该信号的,D,线,终点,相同,。,注意：,因时间的迟滞，信号线,起点应超前,其控制动作的起点，终点滞后（但因迟滞值较小，一般不考虑）。,“、,重叠”,起、终点相同。,（二）列所有执行元件的执行信号表达式,1,、判别有无障碍信号,（,1,）在,XD,图,中，,若,X,线比其控制的,D,线短：,无障碍信号；,（,2,）在,XD,图中，,若,X,线比其控制的,D,线长：,有障碍信号，,长出部分线段为障碍段，用“”表示。,2,、排除障碍段（消障）,消障方法：,缩短,X,线长度，使其短于,D,线长度。,（,1,）脉冲信号法,实质：,将障碍信号变为脉冲信号（短促），使其在命令主控阀换,向后立即消失，必然消除,I,型障碍。,例如：将,15-1,的,a,1,a,1,(,a,1,脉冲形式,),、,b,0,b,0,(,b,0,脉冲形式,),即可。则信号,a,1,*,(,A,1,)=,a,1,、,b,0,*,(,A,0,)=,b,0,。,脉冲信号法的实现,：机械法、脉冲回路法。（略）,（,2,）逻辑回路法：利用逻辑门性质，将长信号变短,逻辑“与”排障：,m,*,=m,x,欲排除,m,的有障段，可输入一制约信号,x,，用,x,和,m,相“与”，可得排障后的输入信号,m,*,。（,x,信号应超前，但不包括障碍段,）,注：,制约信号,x,尽可能选系统中的原始信号，可不增加气动元件。,逻辑“非”排障,用原始信号经逻辑“非”运算得到反相信号,排障。,原始信号做逻辑“非”（制约信号,x,）,的条件：,制约信号,x,的,起始点,在有障信号,m,的,执行段,之后，障碍段之前，,终点,在,m,的障碍段之后。,辅助阀法,在,XD,线图中找不到排障制约信号时，采用。以“双稳元件”的输出信号为制约信号和有障信号,m,相,“与”,排障。消障后执行信号的表达式为：,t,、,d,为,K,的控制信号，不能同时存在。,辅助阀的控制信号,t,、,d,的选择原则,（图,15-8,）,（,I,）,t,使,K,阀“通”信号，,起点在,m,信号,起点前,（或同时），,终点在,m,的,无障段,中；,（,II,）,d,使,K,阀“断,”,信号，,起点在,m,信号,无障段,中，,终点在,t,起点前,。,（三）绘制逻辑原理图,根据,XD,线图的执行信号表达式以及考虑手动、启动、复位等画出逻辑方框图（原理图），就可画气动回路原理图了。,1,、气动逻辑原理图的基本组成及符号,（,1,）主要由“是”、“与”、“非”、“记忆”等逻辑符号组成，,是运算符号，不代表确定元件,；,（,2,）执行元件的输出，由主控阀的输出表示。,因主控阀具有记忆功能，故可用逻辑记忆符号表示,；,（,3,）行程发信装置由行程阀组成，也含外部信号输入装置，如启动等。加小方框的表示原始信号。,a,o,(A,1,),发出,信号,后到,A,1,前消失，,有,A,1,动作,直到,A,o,前结束。,故：,X,线：,A,0,后,A,1,前；,D,线：,A,1,动作,A,0,前,结束,。,a,1,(B,1,),发出,信号,后到,A,o,前结束，,有,B,1,动作,直到,B,o,前结束。,故,X,线：,A,1,后,A,o,前；,D,线：,B,1,动作,B,0,前,结束,。,b,1,(B,0,),发出,信号,后到,B,0,前消失，有,B,0,动作,直到,B,1,前结束。,故,X,线：,B,1,后,B,0,前；,D,线：,B,0,动作,B,1,前结束,。,b,0,(A,0,),发出,信号,后到,B,1,前结束，,A,0,动作,直到,A,1,前结束。,故,X,线：,B,0,后,B,1,前；,D,线：,A,0,动作,A,1,前结束,。,2,、气动逻辑原理图的画法,根据图,15-9,的,XD,线图执行信号栏逻辑表达式绘制。,（,1,）将执行元件的两状态与主控阀相连，自上而下画在图右侧；,（,2,）把发信器（行程阀）大概对应所控制元件，列在左侧；,（,3,）画出执行信号逻辑表达式的逻辑符号之间的关系，并画出为操作需要增加的阀（,q,）。,图,15-10,则根据图,15-9,的,XD,线图而得。,（四）绘制气动回路图,根据逻辑原理图即可画气动回路图，具体为：,（,1,）分析逻辑原理图：需要哪些元件，如本例：启动阀,1,只，行程阀,4,只（二位四通）、记忆元件（二位四通阀）,3,只，等等。,（,2,）具体画时，,特别注意哪个行程阀有源，哪个无源。,一般规律是：,无障原始信号为有源元件，,如图,15-11,中的,a,0,、,b,1,；,有障信号：,若用逻辑回路法排障，则应无源；,若用辅助法排障，则只需使它们与辅助阀、气源,串接即可。如,a,1,、,b,0,信号。,画原理图步骤：,将,2,缸先,定位，对应,下面位置画它的控制,元件（记忆元件），,画,2,缸的对应的行,程阀（根据无障信号,为有源，有障信号为无源绘制），,画,消障,元件（记忆元件），,启动元件。将上述元件与对应的控制元件、执行元件相连接即可。,15.3,气动机械手气压传动系统,机械手可根据各种自动化设备的工作要求，按照预定的控制程序动作。,图,16.1,为气动机械手的结构示意图，有四个汽缸，可在三个坐标内工作。,A,夹紧缸，活塞缩回夹紧，伸出松开；,B,长臂伸缩缸，实现缩回、伸出；,C,立柱升降缸；,D,回转缸，有,2,个活塞，各装在带齿,条的活塞杆两端，活塞运动,齿轮,旋转,立柱及,长臂回转。,一、工作程序图,机械手的控制要求：手动启动后，能从第一动作开始自动延续到最后一个动作。,动作顺序为：,启动,立柱下降伸臂夹紧工件缩臂立柱顺时针转立柱,上升放开工件立柱逆时针转,简化式为：,C,0,B,1,A,0,B,0,D,1,C,1,A,1,D,0,C,0,B,1,写成工作程序图为：,二、,X-D,线图,动作,C,0,B,1,A,0,B,0,D,1,C,1,A,1,D,0,C,0,B,1,的,X,D,线图如右图。,X,D,线图绘制过,程如下：,按下启动,按钮,q,，,系统工作。,d,0,(C,0,),发出,信号后,到,D,1,前消失，有,C,0,动作,直到,C,1,前结束。,X,线：,D,0,后,D,1,前；,D,线：,C,0,动作,C,1,前,结束,。,由,X-D,线图可,知道：,c,0,(B,1,),、,b,0,(D,1,),为,障碍信号，要排障。为减少元件数，引回路中无障碍信号，并通过逻辑,“与”,回路排障。有：,c,0,(B,1,)=,c,0,a,1,，,b,0,(D,1,)=,b,0,a,0,c,0,(B,1,),发出,信号后,到,C,1,前消失，有,B,1,动作,直到,B,0,前结束。,故：,X,线：,C,0,后,C,1,前；,D,线：,B,1,动作,B,0,前,结束,。,b,1,(A,0,),发出,信号后,到,B,0,前消失，有,A,0,动作,直到,A,1,前结束。,故：,X,线：,B,1,后,B,0,前；,D,线：,A,0,动作,A,1,前,结束,。,a,0,(B,0,),发出,信号后,到,A,1,前消失，有,B,0,动作,直到,B,1,前结束。,故：,X,线：,A,0,后,A,1,前；,D,线：,B,0,动作,B,1,前,结束,。,b,0,(D,1,),发出,信号后,到,B,1,前消失，有,D,1,动作,直到,D,0,前结束。,故：,X,线：,B,0,后,B,1,前；,D,线：,D,1,动作,D,0,前,结束,。,d,1,(C,1,),发出,信号后,到,D,0,前消失，有,C,1,动作,直到,C,0,前结束。,故：,X,线：,D,1,后,D,0,前；,D,线：,C,1,动作,C,0,前,结束,。,c,1,(A,1,),发出,信号后,到,C,0,前消失，有,A,1,动作,直到,A,0,前结束。,故：,X,线：,C,1,后,C,0,前；,D,线：,A,1,动作,A,0,前,结束,。,a,1,(D,0,),发出,信号后,到,A,0,前消失，有,D,0,动作,直到,D,1,前结束。,故：,X,线：,A,1,后,A,0,前；,D,线：,D,0,动作,D,1,前,结束,。,由,X-D,线图可,知道：,c,0,(B,1,),、,b,0,(D,1,),为,障碍信号，要排障。,三、逻辑原理图,根据,X-D,线图，可绘制程序,C,0,B,1,A,0,B,0,D,1,C,1,A,1,D,0,下的逻辑原理图,。,执行信号,d,0,(C,0,)=,q,d,0,中,，启动信号,q,对,d,0,起开关作用，则应用逻辑“与”元件；,执行信号,c,0,*,(B,1,)=,c,0,a,1,，,b,0,*,(D,1,)=,b,0,a,0,，,起到排障作用，应分别用逻辑“与”元件，,则应该有,3,个逻辑“与”元件,。,执行元件的输出，由主控阀的输,出表示。因主控阀具有记忆功能，故,可用逻辑记忆元件，故,还应有,4,个记,忆元件。,逻辑原理图如图。,四、气动回路原理图,根据逻辑原理图即可绘制气动回路原理图。,注意：,无障原始信号接,有源元件,；有障原始信号应接,无源元件,。,分析逻辑原理图看需要哪些元件：,4,个汽缸，对应,4,个记忆元件（或称气控换向阀为,二位四通阀,），,8,只行程阀（二位四通）、启动阀,1,只等。,将,4,缸先定位,对应下面位置画它的控制元件（,4,个记忆元件），,画,4,缸的对应的,8,个行程阀（根据无障信号为有源，有障信号为无源绘制）,启动按钮。,将上述元件与对应的控制元件相连接即可。,如图，在按下启动按钮,q,前,，各缸均处于极限位置，,无动作,。按下启动按钮,q,后，,C,缸处于,C,0,位，活塞杆退回，以后依次动作。,