第十五章 气动程序系统设计

第一节 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、工作环境要求。如温度、粉尘、易燃、易 爆、冲击振动 等。 2、动力要求。如输出力和力矩大小要求。 3、运动状态要求。如运动速度、行程大小和 回转角度等。 4、工作要求。如执行元件的运动顺序、动作 循环的方式等要求。 5、控制方式要求。如手动、自动、互锁等控 制要求。
3）用横向粗实线从左向右连接该执行元件的起点 到终点。
3、画信号线 1）信号线的起点：信号线的起点与该信号所控制 的执行元件动作状态线的起点相同（，即信号线 a0(A1)与动作状态线A1的起点相同，信号线a1(B1) 与动作状态线B1的起点相同）用符号“0”画出。
2）信号线的终点：信号线的终点与产生该信号的 动作状态线的终点相同，（即信号线a0(A1)与动 作状态线A0的终点相同，信号线a1(B1)与动作状 态线A1的终点相同）用符号“x”画出。
（四）气动回路图的绘制 1、根据逻辑原理图画出执行元件、控制阀
2、根据逻辑关系，连接各阀之间的气路。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），哪个行程间 为无源元件（即不能与气源相连）。其一般规律是无障碍的原始信号为有源 元件，而有障碍的原始信号，若用逻辑回路法排障，则为无源元件；若用辅 助阀排障，则只需使它们与辅助阀、气源串接即可。
第十五章 气动程序系统设计
程序设计 就是根据生产过程的要求，使被控的 执行元件，按预先规定的顺序协调动作的一种自动 控制方式。 1、时间程序设计 各执行元件按照规定的时间间 隔和规定的顺序进行动作的一种自动控制方式。 2、行程程序控制 先动的执行元件运动到规定行 程后发出一个信号，使后动的执行元件开始运动的 一种自动控制方式。 3、混合程序控制 时间程序控制和行程程序控制 的组合。 特点 时间程序设计是开环系统控制 。 行程程序控制是闭环系统控制
由此我们可以得出以下结论 A)制约信号要在系统内已有的原始信号中选取， 并且只能在障碍信号之前已经存在。 B)制约信号的起点要在有障碍信号的起点之前、 并切在有障碍信号的终点之后。 C)制约信号的终点要在有障碍信号的障碍段之前、 并切在有障碍信号的起点之后。
（2）逻辑“非”消除障碍信号
A)制约信号要在系统内已有的原始信号中选取。 B)制约信号的起点要在有障碍信号的障碍段之前、并切 在有障碍信号的起点之后。 C)制约信号的终点要在有障碍信号的起点之前、并切在 有障碍信号的终点之后。
对于障碍信号b0(A0)来说， t=b1(B0)，d=a0(A1) 即
根据制约信号，我们就可以写出执行信号的表 达式，画出消障后的控制信号线。
（三）绘制逻辑原理图 1、气动逻辑原理图的基本组成及符号 1）在逻辑原理图中主要是由“是”、“或”、 “与”、 “非”、“记忆”等逻辑符号表示。 2）执行元件的输出，由主控阀 的输出表示。 3）行程发信装置主要是行程阀，也包括外部信 号输人装置如启动阀、复位阀等。这些符号 加上小方框表示各种原始信号（简画时可不 画小方框），而在小方框上方画相应的符号 表示各种手动阀
二、回路设计 1、根据工作要求列出工作程序。如执行元件的 数量，运动形式，动作顺序，互锁要求等， 画出动作循环图。 2、根据动作循环图，画出信号-动作状态图，或 卡诺图等。 3、判断障碍信号并消除障碍。 4、根据信号-动作状态图（或卡诺图等）画出逻 辑原理图。 5、根据逻辑原理图画出气动回路图。
三、选择和计算执行元件 1、确定执行元件的类型、安装方式及数目。 2、设计计算各执行元件的运动参数、结构参数。 如运动速度、行程大小、输出力和力矩等 3、计算耗气量。 四、选择控制元件 1、确定控制元件的类型、型号、数量等。 2、确定控制元件的操作方式、通径大小等。 五、选择气动辅助元件 1、选择气动三联件、消声器等类型及型号。 2、确定管径、管长、管接头等形式及型号。 3、验算各种阻力损失，沿程损失和局部损失。 六、根据执行元件的耗气量、确定压缩机的容量
二、X-D（信号-动作）状态图中的符号规定 1、所有的气缸以次序用A、B、C、D· · · 等字母来 表示，字母下面带角标，“1”表示气缸活塞杆伸 出，“0”表示气缸活塞杆退回。
2、用与各气缸对应的小写字母a、b、c、d · · · 等来 表示该气缸所压下的行程阀发出的信号，字母下 面带角标，“1”表示气缸活塞杆伸出时发出的信 号，“0”表示气缸活塞杆退回时发出的信号。
3）用横向细实线从左向右连接该信号线的起点到 终点（起点与终点在同一条竖线上时，表示为脉 冲信号）。
（三）列出所有执行元件的执行信号 1、判断障碍信号
障碍信号的判断 控制信号线比该信号所控制的动作状态线长 的那个信号就是有障碍信号，长出的那一部 分就是障碍 信号的障碍 段。用波浪 线“~~~~~~” 表示。
第二节 多缸单往复行程程序回路设计
多缸单往复是指：在一个循环过程中，所有 的气缸都只做一次往复运动。 一、行程程序控制回路的设计方法和步骤。 1、根据生产要求列出工作程序循环图。 2、绘制X-D线图。 3、判断障碍信号并消除障碍，写出执行元件控 制信号的逻辑表达式。 4、根据逻辑表达式绘制逻辑原理图。 5、根据逻辑原理图绘制气动回路图。 这是行程程序控制回路的一般设计方法和步骤， 在工作过程中可以根据具体情况进行增减。
执行信号
备 用 格
如：执行元件为两个气缸
X - D
执行信号
备 用 格
第三步：在最上边一行从左至右以次填上1、2、3、4等， 并根据动作循环次序，在序号下面填上相应的动作状态。
X - D
1 2 3 4 执行信号 A1 B1 B0 A0
备 用 格
第四步：在X-D下面左边第一列，从上到下依次填上1、2、 3、4等，在 X-D下面左边第二列，根据动作循环次序， 每一行的 上面填写控制信 号及该信号所控 1 2 3 4 执行信号 制的执行元件的 X - D A1 B1 B0 A0 状态，每一行的 a0(A1) 1 A1 下面填写该信号 所控制的执行元 2 3 件的状态。
4
备 用 格
X - D
1 2 3 4 备 用 格 a0(A1) A1 a1(B1) B1
1 A1
2 B1
3 B0
Байду номын сангаас
4 A0
执行信号
b1(B0) B0 b0(A0) A0
2、画动作状态线 1）动作状态线的起点：动作状态线的起点是该 动作的开始（动作状态线左边的竖线），用符号 “0”画出。
2）动作状态线的终点是该执行元件下一个动作 的开始（该执行元件下一个动作状态线左边的竖 线，即该执行元件下一个动作的起点），用符号 “x”画出。
（3）辅助阀法 辅助阀法就是通过一个双稳元件，产生一个制 约信号，通过这个制约信号和有障碍的信号进行 逻辑与来消除障碍。其表达式为 m mKt d t K d有信号输出，当d有压力 注意：当t有压力时， t 时， 无信号输出,，而 K td有信号输出。 Kd
根据逻辑刚才分析，我们可以得出以下结论 A）K右上角的信号与右下角的信号不能同 时存在。 B）K的右上角的信号是表示K阀有输出的信 号，起点要在有障碍信号的起点之前、并切在有 障碍信号的终点之后。 C）K的右下角的信号是表示K阀无输出的信 号，起点要在有障碍信号的起点之后、并切在有 障碍信号的障碍段之前。 D）K信号的起点与K右上角信号的起点相同， K信号的终点与K右下角信号的起点相同。
2、排除障碍段（简称消障） 消障的方法就是把一个长信号变成一个短信 号，从而使控制信号线的长度等于或小于该信号 所控制的执行元件的动作状态线。 1）脉冲信号法 脉冲信号法就是把一个长信号变成一个短信 号，在主控阀换向后立即消失。 （1）机械脉冲消障法
（2）脉冲回路法
2）逻辑回路法 逻辑回路法就是通过引入一个信号，用这个信 号和有障碍的信号进行逻辑“与”或者是逻辑： “非” 来消除障碍信号。 （1）逻辑“与”消除障碍信号
3、控制气缸换向的主控阀，用与该阀所控制的气 缸相同的字母来表示。
4、经过逻辑处理并且消除障碍后的执行信号，要 在右上角加“*”，不带“*”的信号为原始信号。
三、X-D（信号-动作）状态图法设计气动回路 （一）根据生产要求列出工作程序循环图。 比如：启动→送料缸进→攻丝缸进→攻丝缸退→送料缸退→ 写出工作循环(带有控制信号）
2、气动逻辑原理图的画法 根据X－D图中执行信号栏的逻辑表达式，按 照气动逻辑原理图的符号规定，通过下列步骤绘 制： 1）把系统中每个执行元件 的两种状态与主控阀相 联后，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，一个个地列于图的左侧。
3）在图上要反映出执行信号逻辑表达式中的逻辑 关系 ，即用符号表示执行信号逻辑关系。
省略箭头和控制信号的工作循环可表示为：
A1B1B0A0
（二） X-D（信号-动作）状态图的画法 1、画方格图
X - D
执行信号
备 用 格
规定：第一步：由左至右画方格，格数位2n+2，n为气缸 数，第一 列为“X-D”，最后一列为“执行信 号”
第二步：由上至下画方格，方格数为2n+2+备用格 数。备用格多少根据障碍信号确定 X - D
辅助阀的逻辑回路和气动回路如图所示
根据下面X-D线图中已有的原始信号，对于障 碍信号a1(B1)来说，那一个可以作为t信号，那一 个可以作为d信号。
对于障碍信号a1(B1)来说， t=a0(A1)，d=b1(B0) 即
根据下面X-D线图中已有的原始信号，对于 障碍信号b0(A0)来说，那一个可以作为t信号，那 一个可以作为d信号。