气动系统行程程序控制设计

这种能够逻辑“与”关系，可以用一个单独的逻辑“与”元 件来实现，也可以用一个行程阀两个信号的串联或两个 行程阀的串联来实现。
利用逻辑“非”排障法 利用原始信号经逻辑非运算得到反信号来排 除障碍。 为了排除障碍信号 m 中的障碍段，可以引入一 个辅助信号（制约信号）x ， 经逻辑非运算 后得到信号m*。 原始信号作为逻辑非制约信号x 时，其起点 应在障碍信号m 的信号之后，有障碍段之前， 终点则在m的障碍段之后。
行程程序控制
行程程序控制的优点是结构简单，维护容易，动作稳定，特别是当程序运行中某节拍出现故障时， 整个程序动作就停止而实现自动保护。因此，行程程序控制方式在气动系统中被广泛采用。
混合程序控制
混合程序控制通常是在行程程序控制系统中包含了一些时间信号，实质上是把时间信号看作行程信 号处理的一种行程程序控制。
b、脉冲回路法排障
利用脉冲回路或脉冲阀的方法将有障信号 变为脉冲信号。图所示为脉冲信号原理图。 当有障信号a发出后，阀K立即有信号输出。 同时，信号又经气阻、气容延时，当阀K控制 端的压力上升到切换压力后，输出信号a即 被切断，从而使其边变为脉冲信号。
利用常通型延时阀消除障碍信号方法。
下图为工作程序A1B1B0A0 用脉冲信号消障的 X-D线图。

2.画动作（D线）
用横向粗实线画出各执行元件的动作状态线。 动作状态线的起点是该动作程序的开始处，用 符号“Ο”画出； 动作状态线的终点是该动作状态变化的开始 处，用符号“Χ”画出。例如缸A伸出的状态A1 ， 变化成缩回状态A0 ，此时A1 的动作线的终点必 然在A0 的开始处。

3.画主令信号线（X线） 用细实线画出主令信号线
7.2.2 X—D线图法常用的符号 1.用大写A、B、C等表示气缸，用下标1和0分别表示气缸的 伸出和缩回，如A1表示气缸A伸出，A0表示A缸回缩。 2.用带下标的a1、a0等分别表示与A1、A0等相对应的机控阀 及其输出信号。如a1表示气缸活塞杆伸出终端位置的行程 阀和其所发出的信号。 3.控制气缸对应的主控阀也用相对应的控制气缸的文字符号 表示。 4.经过逻辑处理而排除障碍后的执行信号在右上角加“*” 号，如a*, 不加表示原始信号。 5.在工作程序图中，“ ”箭头指向表示控制顺序， “ ”表示信号（或行程阀）b0控制缸A的伸出。
起点与所控制的动作线起点相同，用符号“○”表示 信号线的终点和上一组中产生该信号的动作线终点相 同,用符号“╳”表示。
若终点和起点重合，用符号“
”表示。
符号“ ”表示该信号的起点与终点重合， 称该信号 为脉冲信号，脉冲信号的宽度相当于行程阀发出信号、 气控阀换向、气缸启动和信号传递时间的总和。
（三）、绘制逻辑原理图 根据X-D 线图中执行信号栏的逻辑表达式及考虑手动、 启动等因素利用是、与、或、非等逻辑符号画出逻辑方 框图。 使用上述符号按下列步骤绘制： （1） 把系统中每个执行元件的两种状态与主控阀（用逻 辑记忆符号表示）相连后，自上而下一个个地画在图的 右侧。 （2） 把发信器（如行程阀）大致对应其所控制的元件， 一个个列于图的左侧。加上小方框表示原始信号，（简 写不画小方框），在小方框上画出相应的符号表示各种 手动阀。 （3） 在图上要反映出执行信号逻辑表达式中的逻辑符号 之间的关系，并画出为操作需要而增加的阀（如启动 阀）。
一、编制工作程序 图为其工作程序
（二）、绘制X—D线图 1.画方格图。 根据动作顺序第一行填入节号，第二行填入气缸动 作，最右边一列留作填入经消障后的执行信号表达式。 表的下端留有备用格，可填入消障过程中引入的辅助 信号等。 2.画动作（D线） 用粗实线画出各个气缸的动作区间，它以行列中大 写字母相同、下标也相同的列行交叉方格左端的格线 为起点，直画到字母但下标相反的方格。 3.画主令信号线（X线） 用细实线画出主令信号线，起点与所控制的动作线 起点相同，用符号“○”表示，终点在该信号同名动 作线的终点，用符号“╳”表示。若终点和起点重合， 用符号“ ”表示。
（二）、根据事先给定的行程程序绘制X-D状态线图 1.画方格图 1)由左至右画方格，并在方格的顶上依次填上序号 1234…… 等。在序号下面填上相应的动作状态 A1B1A0B0 ，在最右边留一栏作为“执行信号表达式”（简 写为执行信号）。 2)在方格图最左边纵栏又上至下填上控制信号及控制动 作状态组的序号（简称 X-D组）1、2、…… 等。每个XD组包括上下两行上行为行程信号行，下行为该信号控制 的状态。例如：a0(A1 )表示控制A1动作的信号是a0 ； a1(B1)表控制B1动作的信号是a1等等 3)下面的备用格可根据具体情况填入中间记忆元件（辅 助阀）的输出信号、消障信号及连锁信号等。
时间程序控制
时间程序控制是指各执行元件的动作顺序按时间顺序进行的一种自动控制方式。时间信号通过控制 线路，按一定的时间间隔分配给相应的执行元件，令其产生有顺序的动作，它是一种开环的控制系 统。图所示为时间程序控制方框图。
行程程序控制一般是一个闭环程序控制系统，如图所示。它是前一个执行元件动作完成并发出信号 后，才允许下一个动作进行的一种自动控制方式。执行元件执行某一动作后，有程序发生器发 出信号，此信号输入逻辑控制回路，由其做出逻辑运算发出 有关执行信号，指挥执行元件完成 下一步动作，此动作完成后，发出新的信号，直到完成运动的控制为止。 行程程序控制系统包 括行程发信装置、执行元件、程序控制回路和动力源等部分。
7.1.2 行程程序控制回路的设计方法

1.试凑法 利用一些基本回路、常用回路试凑组成控制回路，然后分析是否满足 要求。 2.逻辑设计法 逻辑运算法：应用布尔代数进行简化，但对复杂回路不容易达到最佳 效果 图解法：利用逻辑代数的特性,将复杂的计算用图解的方法表示出来,如 信号—动作状态线图法（简称X—D线图法）、卡诺图法. 快速消障法：在图解法基础上，省去一些过程快速设计. 计算机辅助逻辑综合法：对于复杂的多变量的设计借助计算机设计 采用进步控制回路或程序器：此方法改变回路程序迅速，适应性好， 机动性强，但成本高。 3.分组供气法 在控制回路中增加若干控制元件对行程阀采取分组供气。 如产生障碍 即可切断障碍信号的气源,防止障碍的产生。 X—D线图法直观、简便，是一种常用的设计方法，因此仅介绍此种方 法。
X-D线图
（三）、分析并消除障碍信号 1.判别障碍信号 2.消除障碍信号
1.判别障碍信号
所谓障碍信号是指在同一时刻，阀的两个控制侧同时存在控制信号， 妨碍阀按预定行程换向 用X—D图确定障碍信号的方法是：检查每组中是否存在有信号线比 其所控制的动作线长的情况，如存在这种情况，说明动作状态要 改变，而其控制信号不允许其改变（障碍动作状态的改变），这 种障碍其动作状态改变的信号就称之为障碍信号。信号线比其所 控制的动作线长的那部分线段叫障碍段，即图中用“﹏﹏﹏”表 示的线段。 在多缸单往复系统中，是一个信号妨碍另一个信号的输入而造成的 障碍，称为I型障碍。
7.2.3 X—D线图法介绍 工业应用装置中的送 料机构：用A、B两个 气缸将工件从料仓中 传递到滑槽。按下按 钮，气缸A伸出，将工 件从料仓推出，等待 气缸B将其推入输送滑 槽。工件传递到位后， A缸回缩，接着B缸回 缩。
（一）、根据生产自动化的工艺要求，编制工 作程序。
工作程序是：给定启动信号，送料气缸A伸出，送料气 缸B伸出后，然后送料气缸A退回，最后送料气缸B退回。
（四) 、气动回路原理图 自动程序需用一个启动阀、四个行程阀和两个双 输出记忆元件（两位四通阀）。一个与门可由元件串 联来实现，由此可绘出的气动回路图。
在具体画气动回路原理图时，特别要注意的是： 哪个行程阀为有源元件（即直接与气源相接），哪个 行程阀为无源元件（即不能与气源相接）。(其一般规 律是：无障碍的原始信号为有源元件)。 气缸处于原始状态时要求活塞杆缩回；气体控制线用虚 线表示。
A1B1A0B0气动控制回路图
7.2.4气动顺序控制回路原理图设计步骤
一、编制工作程序 二、绘制X—D线图
1.画方格图 2.画动作（D线） 3.画主令信号线（X线）
三、分析并消除障碍信号
脉冲信号法（延时阀）、辅助阀法（中间记忆元件）、 逻辑回路法
四、绘制逻辑原理图 五、绘制气动回路图
图为气控冲孔机结构示意图。其工作顺序是：气缸A 夹紧A1→气缸B冲孔B1→气缸B带冲头退回B0→气缸 A松开工件A0。
7.2 多缸单往复行程程序控制回路
在给定的行程程序一次循环过程中，系统中各执行元件只作一次往复运动的 系统称为单往复行程程序控制系统。 多缸多往复行程程序是指程序运行一个循环中，至少有一个气动缸作一次以 上的往复运动。 7.2.1 X—D线图法设计步骤 X—D线图法是一种图解法，它可以把各个信号的存在状态和气动执行元件 工作状态较清楚地用图线表出来，从图中能分析出障碍信号的存在状态，以 及消除信号障碍各种可能性。 步骤如下： （一）、根据生产自动化的工艺要求，编制工作程序； （二）、根据行程程序绘制X-D状态线图。 （三）、由X-D状态线图判别障碍信号，并消除障碍信号； （四）、绘制逻辑原理图 （五) 、气动回路原理图
第七章气动系统设计
7.1 程序控制系统
7.1.1 程序控制的分类 程序控制系统是工业生产领域，也是气动装置中广泛 应用的一种控制系统。 程序控制是根据生产过程中的物理量，例如位移、 时间、压力、温度等的变化，使被控对象的各执行元 件按照预先给定的程序或条件有序协调地工作。 按发信装置和控制信号不同，简单程序制可分为时间 程序控制、行程程序控制、混合程序控制。
（四）、绘制逻辑原 理图 根据X—D图上 的执行信号表达式， 即可绘出逻辑原理 图，只绘出引入中 间记忆元件消障的 气控逻辑原理图
脉冲阀逻辑原理图
（五） 气动回路原理图
根据气控逻辑原理图便可绘出气动控辑回路法 即利用逻辑门的性质，将长信号变成短信号，从而排 除障碍信号。 利用逻辑“与”排障法 如图所示，为了排除障碍信号 m 中的障碍段，可以引 入一个辅助信号（制约信号）x ，把x 和m 相“与” * 而得到消障后的无障信号m* ，即 m m x 。 制约信号x 的选用原则是，要尽量选用系统中某原始 信号。这样，可不增加气动元件。 原始信号作为制约信号x 时，其起点应在障碍信号m 开始之前，其长短应包括障碍信号m 的执行段，但不 包括它的障碍段。
（3）辅助阀法 引入辅助阀法 ，使用一个中间记忆元件，借用它的 输出信号作为制约信号。用它和障碍信号相与，排 除掉障碍段。
其逻辑表达式为： z=eK
K 为双气控两位三通阀,当t 有气时K 阀有输出，而当d 有气 时K 阀无输出。 显然，t 与d 不能同时存在，只能一先一后存在，从X-D 线 图上看，t 与d 二者不能重合，用逻辑代数式表示，二者 要满足td=0 的制约关系。 t为使K阀“通”的信号,其起点应在有障信号起点之前或同 时，终点应在t起点至有障信号的无障碍段之中； d为使K阀“断”的信号。其起点应在有障信号无障碍段中， 其终点应在t起点之前。
2.消除障碍信号
在X-D图，障碍信号表现为控制信号线长于 其所控制的动作状态存在的时间，所以常用的 排除障碍的办法就是缩短信号线长度，使其短 于次信号所控制的动作线长度，其实质就是要 使障碍段失效或消失。 常用的消障法有脉冲信号法 辅助阀法 逻辑 回路法三种。
（1）脉冲信号法
信号a1 和b0 是两个障碍信号。如果将信号a1 和b0 都变 成脉冲信号，即 a1→△a1 ，b0→△b0 ，就变成了无障碍 信号了。 a、机械法 包括活络挡铁或可通过式行程阀（单向滚轮式）使气 缸在一个往复动作中只发出一个短脉冲信号，把存在障碍 的长信号缩短为脉冲信号，用这种方法排除障碍信号结构 简单，但靠它发信的定位精度较低．需要设置固定挡块来 定位，气缸行程较短时不宜采用。以达到消除障碍的目的。