第7章 气动行程程序控制回路设计

3
x1
x0
5
3
1
A1
1
2
1
3
2 1
2 B0
1
y1 y0
5
3
1
B1 3
2
1
1
2
1
3
A1B1B0A0A1A0
a0b1
A0
A1
B0
B1
4
2
4
2
5
3
1
1
2 1
2
5
3
1
1
1
1
2
1
3
2
1
3
b1a0
1
1
2
1
1
2
1
1
1 2
2 1
1
3
b1a1
1
1
2 1
2
1
Hale Waihona Puke 12A01
3
2
A1
1
3
2
B0
B1
1
3
2
1
3
A0
A1
B0
B1
4
2
4
2
2
1
1
5
3
1
1
2 1
2
5
3
1
1
1
2 2
1
1
2
2
1
1
1
1
1 1
3 2
1
2
1
1
2
1
1
1
2 1
2
A0
1
Ⅰ Ⅱ
Ⅰ→Ⅱ
Ⅱ→Ⅰ
二级转换气路
三级转换气路
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ→Ⅱ
Ⅱ→Ⅲ
Ⅲ→Ⅰ
3. 气动夹紧装置回路设计（练习2）
A
A0
A1
B
B0
B1
A1
q
B0
1 2
B1
A0
练习3：A1A0B1B0
A
A0
A1
B
B0
B1
B0
q
A0
1 2
A1
B1
五、步进控制回路设计
步进控制是工业控制中一种经常使用的程序控制方式。 目前,应用最为广泛的步进控制有气控、电控、电-气控、 PLC编程控制等。德国Festo公司的气动步进模块是一种新型 的气动元件，它简化了传统的气动步进控制模式，为气动步 进控制的推广提供了可能。
中q为启动信号。
图示的动作信号程序框图可进一步省略成：A1B1A0B0。
二、气动行程控制回路设计的一般思路
1. 明确动作信号程序
2. 绘制气动回路原理图（练习1）
A
A0
A1
B
B0
B1
B0
B1
A1
A0
气动夹紧工作装置
1. 工况分析
图示为某夹紧工作装置，初始状 态两个气缸都缩回，其工作过程如下：
1）按下启动按钮，气缸A伸出将物料从料仓推送到加工站。 2）气缸A到位后，另一个气缸B伸出将工件夹紧。 3）对零件进行加工后，气缸B缩回，气缸A缩回，完成一个 工作循环。
1.步进控制原理
切换元件
当前状态 启动口
Yn
气源入口 P Zn L 排气口 Xn 信号输入口
An
当前状态输出口
1
2
指示元件
Hn
3
4
下一状态启动口
Rn
复位口
记忆元件
或门元件(梭阀)
2.步进块的组合使用
1
Y1
2
1 P
Z1
L 2
X1
1
3
A1 X2
A2 X3
A3 H3 R3
3.步进控制法气动回路设计方法
A1
A0
B1
B0
(1)用A、B、C等表示气缸，下标“ 1”与“ 0”表示气缸状态。 (2)用带下标1、0的小写字母a、b、c等分别表示行程阀。
2.行程程序表示方法 行程程序可用工作程序图来表示气缸按对象的操
作要求所完成的动作顺序。
例如有两个气缸A、B，要求其动作顺序为：A缸 进B缸进A缸退B缸退，工作程序图见图示。图
A
a0
a1
v =0
1 V3
60% 55%
1 V1
a0
B
b1
v =0
2V
0 V3
0 V2
1 S1
a1 b1
P1 P2 P3
0 Z3
37%
0 Z4
0.00
0 Z5
6.00
1 V2
A
a0
a1
v =0
1 V3
60% 55%
1 V1
a0
B
b1
v =0
2V
0 V3
0 V2
1 S1
a1 b1
P1 P2 P3
0 Z3
避开，保证每一气缸只在同一级中出现一次动作。
例如A1B1B0A0，可有如下四种分级：
（1）A1/B1/B0/A0，分为四级 （2）A1B1/B0/A0，分为三级 （3）A1/B1/B0A0，分为三级 （4）A1B1/B0A0，分为二级
满足级数最少原则
2. 串级转换控制原理
各种级数转换气路如图所示，主要特征是利用二位五通(或 四通)换向阀以阶梯方式顺序连接，而保证在任一时间，只有 一级管路有气源输出，其他级管路都处于排气状态。
用中间记忆元件（辅助阀）法消障时，其消障后执行信号 的逻辑函数表达式为
m mKdt
m mKdt
m — 有障碍的信号；
m* — 消障后的执行信号；
K
t d
— 中间记忆元件（辅助阀）输出信号；
t、d — 分别为辅助阀 K 的两个“通”和“断”控制信号。
m
*
d
K
Kt
1
2 m*
2
t
d
3
1
3
m*
3.绘制气动逻辑原理图
修改错误点
1）把系统中每个执行元件两 种输出状态与相应主控阀相连， 从上而下依次画在图右侧。
2）把发信装置，如行程阀、 启动阀等，大致对应其所控制 的执行元件逐一画在图左侧。
3）在图的中间布置反映执行 信号相互之间的逻辑关系的逻 辑符号，并标注相应的逻辑函 数表达式。
4. 绘制气动回路原理图
a0
B
b1
v =0
2V
0 V3 0 V2
P1 P2 P3
0 Z3
1 S1
a1
37%
b1
0 Z4
0.00
0 Z5
0.00
1 V2
A
a0
a1
v =0
1 V3
60% 55%
1 V1
a0
B
b1
v =0
2V
0 V3
0 V2
1 S1
a1 b1
P1 P2 P3
0 Z3
37%
0 Z4
0.00
0 Z5
0.00
1 V2
2
t
d
1
3
m
1
2
3
t 和 d 的选择原则是：“通”信号 t 的起点应该位于障碍 信号 m 之前或同时，终点位于 m 的无障碍段中；“断”信 号 d 的起点应该位于障碍信号 m 的无障碍段中，终点应位于 t 的起点之前。
辅助阀控制信号 选择示意图
*
最后还需要说明的是：在 X－D 线图中，若信号线与动作线 等长，则此信号可称为瞬时障碍信号，它不加排除也能自动消 失障碍。
A a0
a1
B
b0
b1
a0
a1
b0
b1
A a0
a1
B
b0
b1
a0
a1
b0
56% b1
5. 多往复控制回路
X-D A1 B1 B0 A0 b0(A1) a1(B1) b1(B0) b0(A0) a0(B1) b1(B0)
B1 B0
执行信号
b0 Kaa01bb11 a1 Kaa01bb11
a1b1 b0 Kaa10bb11 a0 Kaa10bb11
第7章 气动行程程序控制回路 设计
第7章 气动行程程序控制回路设计
A0
A1
执行元件在完成某一动作 由行程发信器发出相应信号
A0 A1
输入逻辑控制回路中作出 判断后再发出有关执行信号
指令执行元件执行下一步动作
一、气动行程程序控制回路的组成与表示
1. 行程程序控制回路的基本组成
A a0
a1
B
b0
b1
A a0
a1
B
b0
b1
A1
A0
B1
B0
1.X-D 线图的绘制
2）绘制动作状态线（D线）
1）绘制方格图 3）绘制信号线 （X线）
*
* * *
2. 障碍信号的判别及消除 I型障碍信号
（1）脉冲信号消障法
（2）逻辑“与”消障法
逻辑“与”消障法是利用逻辑“与”门的性质，将长信号 变成短信号，如图所示。设 m 为障碍信号，引入的制约信号 x，把 m 和 x 相“与”得到消障后的执行信号 m*，即
37%
1 A 1S1
1S2
2A
2S
1 V2
1 V3
q
2
1 V1 4
14
2 12
5
3
1
1
3
60% 55%
2V
2 12
1
3
2
1S1
1
3
4 14
0 V3
2 12
5
3
2
1
0 Z3
2
2S 12
1
3
57%
3
2
1
1S2
1
3
（2）步进控制
A
a0
a1
B
b1
a1
37%
a0
b1
六、X-D线图回路设计
信号－动作状态图简称X-D线图。它可以把各个控制信 号的存在状态和气动执行元件的工作状态较清楚地用图线表 示出来；从图中还能分析出障碍信号的存在状态，以及消除 信号障碍的各种可能性。现以A1B1B0A0工作程序为例。
A 缸 1.0
1.1
B 缸 2.0
2.1
SB 2
1
4 1
3
2
主控阀A
3
2 2 . 0 1.1
2.0
1
3
4
4
1 2
1
3 1.1
2 辅助阀
2
主控阀B
3
2 1.0
1
1.0
3
1
3
2 2.1
2.1
1
3
【习题】元件的分离
A B
问题描述：圆柱形工件在导轨 上将它们两两分离后被送至下 一个工作站。在初始位置，上 部的气缸(A)缩回，下部的气 缸(B)在伸出位置。 开始信号驱动气缸(A)前进到 位后，气缸(B)缩回。两个工 件一起送至下一工作站。经过 一个可调时间t1=2秒，气缸(B) 伸出,气缸(A)缩回。
A
A0
A1
B
B0
B1
v =0
v =0
A0
B0
A1
B1
q
气动程序控制回路中障碍信号有三种类型：I型障碍信号， II型障碍信号和滞消障碍信号。
A
A0
A1
v =0
B
B0
B1
v =0
A0
B0
A1
B1
q
四、串级转换气动行程控制回路设计
1.气缸程序动作的分级
气缸作为执行元件，其伸出和缩回由换向阀控制，为避
免换向阀的两端控制信号同时有压缩空气，分级时必须将其
a1 b1
P1 P2 P3
0 Z3
37%
0 Z4
6.00
0 Z5
0.00
1 V2
A
a0
a1
v =0
1 V3
60% 55%
1 V1
a0
B
b1
v =0
2V
0 V3
0 V2
1 S1
a1 b1
P1 P2 P3
0 Z3
37%
0 Z4
6.00
0 Z5
0.00
1 V2
A
a0
a1
v =0
1 V3
60% 55%
1 V1
m*＝m·x
* *
（3）中间元件（辅助法）消障
如果在 X－D 线图中无法找到符合条件的制约信号时，可 以采用增加一个辅助阀，即中间记忆元件的方法来消障。这 里的中间记忆元件，即双稳元件或单记忆元件。其方法是利 用中间记忆元件的输出信 号作为制约信号，和障碍信号 m 相 “与”来消除障碍信号 m 中的障碍段。
2. 明确动作信号程序
q
qa0 A1 a1
B1 b1
B0 b0
A0 a0
3. 绘制气动回路原理图
A
A0
A1
v =0
B
B0
B1
v =0
A0
B0
A1
B1
q
三、障碍信号
在大多数具有多个执行元件的气动程序控制回路中，各个
控制信号间都存在一定形式的互相干扰。这些造成干扰的信号
统称为障碍信号，它们会使执行元件动作无法正常完成。
B
A
（1）串级转换
A
a0
a1
B
b1
60% 55%
0 Z4 0 Z5
1 V2 1 V1
1 V3
2V
a0
0 V3
0 V2
1 S1
a1 b1
0 Z3
37%
P1 P2 P3
0 Z4
0.00
0 Z5
6.00
1 V2
A
a0
a1
v =0
1 V3
60% 55%
1 V1
a0
B
b1
v =0
2V
0 V3
0 V2
1 S1
1.0
1.1
4
2
5
3
1
A1
A2
2.0
4
2
5
3
1
2.1
A1B1B0A0动作回路图
A3
A4
Y1
H4
P
Z1
R4
L
X1 2
1.1
1
3
X2 2
2.1
1
3
X3 2
2.0
1
3
X4 2
1.0
1
3
3
2
1
【习题】自动化磨床 问题描述：通过气缸将工件放入磨床夹具上，加工完毕后由 第二个气缸将工件推出。 按下开始按钮后，无杆缸(A)慢慢伸出并前进到末端位置， 时间t=2秒。当它缩回到末端位置后，第二个气缸(B)被激励 并伸出。单作用气缸(B)通过弹簧复位的换向阀控制。