7.气动行程程序控制回路设计

气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)17.气动行程程序控制回路设计7.1概述程序控制(简称程控)是实现自动化广泛采用的一种控制方法。程序控制可分为行程程序控制和时间程序控制两大类。根据要求也有采用行程与时间混合程序控制的。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)2气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)37．1．1常用的符号规定1、用大写字母A、B、C等表示气缸,用下标“1”与“0”表示气缸活塞杆的两种不同的状态，如A1表示气缸A活塞杆伸出状态，B0表示气缸B活塞杆的收回状态。2、用带下标的小写字母a1、a0、b1、b0等分别麦示与动作A1、A0、B1、B0等相对应的行程阀和其输出信号。如a1对应于缸A活塞杆伸出终端位置的行程阀和其输出的信号，b0对应于缸B活塞杆收回终端位置的行程阀和输出的信号。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)43、右上角带*号的信号称其为执行信号，如表示使气缸A活塞杆伸出状态（运动）所需的主控信号、A*0表示使气缸A活塞杆收回状态（运动）所需的主控信号等，而把不带*号的信号叫做原始信号。如a1、a0、b1、b0等。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)57．1．2行程程序的表示法气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)6设：送(退)料缸为A缸,顶紧(退)缸为B缸，钻进(退)缸为C缸，则上述程序可表示为：气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)7上述程序还可进一步简化表示为：001011BCCABA单往复程序：在程序中，每个缸只完成一次往复动作；多往复程序：在程序中，至少有一个缸完成两次以上往复动作。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)87．1．3障碍信号在已知行程程序之后，设计气动线路时是不是只要按行程程序，把前一动作送出的原始信号直接接到下一步动作的主控阀的控制口上即可以了呢？例1：已知行程程序，按上述简单原则连接的线路如下：][0011BABA气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)9][0011BABA分析这个线路，它能正常工作。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)10例2：已知行程程序，按上述简单原则连接的线路如下：][0011ABBA分析这个线路，它不能正常工作。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)11例3：已知行程程序，分析这个程序可见该程序存在以下两个问题：][001011ABBBBA（1）对于同一个动作B1其在第二步时，是由原始信号a1控制的；而在第四步时，是由原始信号b0控制的。（2）对于同一原始信号b0，其在第三步后是控制动作B1；而在第五步后是控制动作A0。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)12从以上三例可看出：如果把原始信号按程序直接接到主控阀的控制端上，一般会产生三种情况（用逻辑符号表示主控阀）：①希望有A1输出，主控阀仅有x输入，从而能正常工作。所以，只是按上述简单原则连接线路显然是不能满足要求了。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)132、希望有A1输出，但主控阀有两个输入x、y，从而不能正常工作。我们称y为x的I型障碍。3、希望有A1输出，主控阀仅有y输入，使A0有输出，从而产生误动作。我们称y为II型障碍。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)14总之，I型障碍、II型障碍的实质就是存在着和程序要求的主控阀输出信号x相矛盾的输出控制信号y。只有剔除其影响（消障）后的信号才能作为执行信号，控制主控阀切换，使程序按预定要求工作。那么，对于任一程序，其是否有障碍信号存在？在那里有障碍信号？有了障碍信号应怎样消除？这就是回路设计的主要任务之一。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)157．1．4设计步骤(1)列出动作顺序，画出工作行程程序图；(2)画出X-D线图；(3)找出障碍，消除障碍；(4)画出逻辑原理图；(5)画出气动回路图。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)167．2判别障碍——X-D(信号-动作)线图法7．2．1X-D线图的绘制1）画X-D线方格图画方格图，并在方格图中填上行程程序号、程序及信号。实质上，X-D线图的横坐标是工作行程程序的节拍，各动作以纵线隔开，每根纵线是程序的切换线，也是信号的切换线。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)17气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)182）画动作线一般动作线用粗实线画，且画在每一横格内下方。对于每一动作，其动作线从以它命名的行程开始画起，到该动作的反动作开始之前结束。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)19气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)203）画信号线一般信号线用细实线画，且画在每一横格内上方。信号线的起点：与同一横格内的动作线起点相同，用“○”表示。信号线的终点：在上一组中产生该信号的动作的反动作开始之处，用“×”表示。特殊情况：脉冲信号用“⊕”表示。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)21气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)227．2．2判别障碍1）信号线比动作线短此时,无障碍,原始信号即可作为主控信号。2）信号线比动作线长信号线比动作线长其长出部分就是障碍信号段，用“～～～”表示。设计时，必须把有障碍的信号段消除掉，使其变为无障的信号，然后再用它去控制主控阀。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)23实际上，考虑到阀的切换及气缸的启动等的传递时间，信号线的起点应超前它所控制的动作的起点，而终点应滞后与产生该信号动作线的终点。若在X-D图中反映这种情况，则要求信号线的起点与终点都应伸出分界线，这时产生的障碍信号叫“滞消障碍”。但因这个“障碍”维持时间很短，除特殊情况外，一般不予考虑，可视为无障信号。3）信号线与动作线等长气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)24气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)257．3消除障碍I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，排除I型障碍的实质就是缩短控制信号存在的时间，使长信号变为短信号(信号线最长等于它所控制的动作线)。7．3．1脉冲信号法排障此法就是将有障碍的原始信号变成脉冲信号。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)261）采用机械活络挡铁或可通过式行程阀用此方法不可把行程阀装在行程的末端，而应留一段距离，以便挡铁或凸轮能通过。所以此法不能用行程阀限制气缸的行程。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)27上述方法排除障碍简单易行，可节省气动元件及管路，适用于定位精度要求不高，活塞运动速度不太大的场合。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)282）采用脉冲阀或脉冲形成回路排除I型障碍上述方法适用于定位精度要求较高的场合。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)297．3．2逻辑回路法排障,写主控信号逻辑式1）逻辑“与”排除障碍为了排除某有障碍信号m的障碍信号段,需另外引入一个辅助信号(也称制约信号)x和m相“与”而得到无障碍的派生信号m*。逻辑“与”消障障碍的表达式为：xmm*式中，m——有障碍的信号，x——制约信号(排除障碍的辅助信号)。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)30因m*在m信号有障碍之前已经结束，所以m*是无障碍的执行信号。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)31选择制约信号x的原则是：使x在障碍信号m的执行段存在，在m的障碍段不存在，即制约信号x的起点应选在有障信号m开始之前及m障碍段之后范围中；x的终点应选在障碍信号m的无障碍段中。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)32气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)332）逻辑“禁”排除障碍为了排除某有障碍信号m的障碍信号段，需另外引入一个辅助信号(也称制约信号)x的反信号和m相与而得到无障碍的派生信号m*。逻辑“禁”消障障碍的表达式为：xmm*选择制约信号x的原则是：使x在m的障碍段存在，即制约信号x的起点应选在有障信号m执行段之后，m的障碍段之前；x的终点应选在障碍信号m的障碍段之后，m的起点之前。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)34气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)353）用中间记忆元件排障气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)36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障。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m相“与”排除掉m中的障碍段。其消障表达式为：tdKmm*式中，m——有障碍的信号；m*——排障后的执行信号；——中间记忆元件(辅助元件)输出信号；tdK气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)37t、d——分别为记忆阀K的两个控制信号。从X-D状态图上看，t与d二者不能相重合。t——使K阀通(置“1”)的信号,其起点应选在m的无障碍段之前,有障碍段之后或与m同时,其终点应在t起点至m的无障段之中这段范围内。d——使K阀断（置“0”）的信号，其起点应选在m信号起点之后到障碍段之前，其终点应选在t起点之前。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)387.3.3中间记忆元件数量的确定及布置方法1）连续一次住复次数的确定气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)39在气缸动作状态程序式中，若相邻字母相同而角标状态相反，则称为连续一次往复。连续一次往复总次缸由下式确定：riir式中,W1——单个气缸连续—次往复运动次数；W2——两个气缸连续—次往复运动次数；Wi——i个气缸：连续一次往复运动次数；气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)40r——计算气缸数,对单往复系统,r=n-1,对于多往复系统,r=n；n——程序式中气缸数。例:试计算程序式的连续一次往复运动的总次数。0101110001EEDDCBACBA解:单往复系统,气缸数n=5,计算气缸数r=5-1=4,单缸连续一次往复有D1︱D0、E1︱E0,所以W1=2；因无双缸连续一次往复,所以W2=0；三缸连续一次往复有A1B0C0︱A0B1C1,因相邻的三个字母相同而角标状态相反,所以W3=1；因无四缸连续一次往复，则W4=0。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)41连续一次往复总次数W=W1+W2+W3+W4=2+0+1+0=3注：当连续一次往复的划分方法不止一种时,只能任取一种。否则将使控制回路复杂化。例：在多往复程序式[A1B1A0B0C1B1C0B0]中,有三个气缸,n=3,则计算气缸数r=n=3,W1=0,W3=0,双缸往复有两种分法,分别记为A1B1︱A0B0、C1B1︱C0B0和B0A1︱B1A0、B0C1︱B1C0。上述两种分法结果相同都是W2=2,而不能写为W2=2+2=4。气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)42中间记忆元件数可由下式计算：21wZhsj式中，j——中间记忆元件数；Zhs——表示只取整数部分，小数部分均舍去，如果W=0，—般不需加中间记忆元件。例：确定程序[A1B1B0B1B0B1B0A0]所需中间记忆元件数。2）中间记忆元件敷量的确定气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)43解：∵W=6，∴321621ZhswZhsj故需有3个记忆元件。3）在X-D线图中中间记忆元件的布置方法为使主控信号逻辑表达式简化，中间记忆元件可按下方式进行布置。（1）按连续一次往复动作分界线布置气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)44（2）按阶梯形式布置气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)45气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)46气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)47气动技术——7.气动行程程序控制回路设计(66)487．4绘制逻辑原理图7．4．1气动逻辑