气动程序系统及其设计

采用此种排列,消除障碍信号比较 容易,且是建立在回路图的实际操作程序中 的,是一种有规则可循的气动回路设计法。 但应注意： 在控制操作开始前,压缩空气通 过串级中的所有阀。 另外,当串级中的记忆 元件切换时,由该阀自身排放空气,因此,只要
信号输出 排气 排气 排气
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ
排气 信号输出 排气 排气
设计步骤如下：
（2）画出两个气缸及各自的主控阀，并标出英文符号，应注意气缸必须在起始 位置。 （3）画出输出管路数及记忆元件。如图12-48所示。
3 气动程序控制回路
设计步骤如下：
（4）控制信号的产生靠活塞杆驱动行程开关，行程开关按照动作顺序依次标示 英文字母。 ①A缸前进压下行程开关a1，输出的信号使B缸前进，故a1接在B+控制线上，而 A+属于第一组，a1的供气口要接在第I条输出管路上。 ② B缸前进压下行程开关b1，输出的信号产生换组动作，即使第I输出管路改变 为第II输出管路供气，故b1和x2控制线连接， b1的供气口接在第I条输出管路 上。 ③此时第I条输出管路排气，第II条输出管路和气源相通。第II组的第一个动作为B 缸后退，故直接将B-控制线接到第II条输出管路上。 ④ B缸后退压下行程开关b0，输出的信号使A缸后退，故b0接在A-控制线上。而 A-属于第二组，故b0的供气口接在第II条输出管路上。 ⑤ A缸后退压下行程开关a0，输出的信号切换记忆元件使第II条输出管路排气， 第I条输出管路供气，故a0应接在x1控制线上，a0的供气口则要接在第II条输 出管路上。将以上控制顺序表示如下：
1、使用FluidSIM-P 3.5软件设计气动程序控制回路； 2、根据设计的气动程序控制回路选择气动元件；
3、将气动元件组装为气动控制系统完成设备功能。
总
结：气动程序控制回路的设计步骤
问题提出
分析：确定气动控制系统目标 确定：气动控制系统特殊要求
评价：核实 气动系统性能
设计：设计一个气动系统方案
1 气缸A 0 1 气缸B 0
图13-41 动作顺序A+B+B-A-的位移-步骤图
按照例13-1（1）～（6）的步骤,可 画出气动控制回路图,如图13-42所示。 由气缸的动作顺序及图13-42可知,行 程开关b0的起始位置为通路状态,故主控 阀1V1的右端控制口A-在回路未操作之 前一直有控制信号存在。 当按下启动按 钮1S1发出短信号到左端控制口时,主控 阀1V1两端控制口同时有信号,1V1无法 换向,b0是障碍信号。
（6） 按以上顺序依次画出回路图,以英文字母标出阀的名称, 并加上气源,如图13-37所示。
1A a0 a1 B b1
1 V1 4 A＋ 5 1 S1 2 1 3
2 A－ 3 1 b1 2 1 3 a1 2 1
2 V1 4 B＋ 5
2 B－ 3 1 a0 2 1 3
3
1
图13-37 基本气动控制回路
气动程序控制回路：工业应用实例
问题提出： 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。 要求：两个气缸的运动速度可以调 节，同时需要检测伸出或回缩 是否已经到位。
A
a0
a1
B
b0
b1
1 V1 4 A＋ 5 1 S1 2 1 3
2 A－ 3 1 b0 2 1 3 a1 2 1
2 V1 4 B＋ 5
2 B－ 1 3 b1 2 1 3
3
1S
2 1
3
图13-43 采用单向滚轮杠杆阀的控制回路

从 图 13-44 所 示 的 全 功 能 图 也 可 看 出,1S1和b0信号重叠,a1和b1信号重叠。
工业应用实例分析与设计
设备分析
此工作站由几个执行元件组成：
推料气缸——A 推料气缸——B
回，为A－
推料气缸——B，处于缩回，为B－
工业应用实例设计与分析
设备分析
工作过程分析，画出位移－步骤图： A＋，B＋，A－，B－
工业应用实例设计与分析
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ
信号输入 x2
信号输入x 1
(a) 排气 排气 信号输出 排气 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ 排气 排气 排气 信号输出 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ x2

（7） 画出全功能图,以确定是否 1 2 3 4 5 (1 ) 有障碍信号,如图13-38所示。
1 气缸A 0 1 气缸B 0 1 S1 b1 a1 a0 a0 b1 a1
图13-38 全功能图
检查障碍信号时,应注意主控阀1V1和1V2两
端控制口是否同时出现信号。由动作顺序可 知,A+处信号由启动按钮1S1给出点动信号。 A-信号则由b1给出,当b1发出信号时,A+处信 号已经消失,故主控阀1V1两边不会同时有控 制信号。同理,主控阀1V2两边也不会同时有 信号存在。由动作顺序可知,本控制回路的信 号元件b1、a1、a0用一般滚轮杠杆阀即可, 无障碍信号。从全功能图中也可看出,启动按 钮1S1和行程阀b1、a1、a0在一个循环内产 生的信号是没有重叠的。完整的单一循环控 制回路如图13-39所示,图中阀1S为系统气源 开关。
A
a0
a1
B
b1
1 V1 4 A＋ 5 1 S1 2 1 3
2 A－ 3 1 b1
2 V1 4 B＋ 5 2 1 3 2 1 3 a1 2 1 3
2 B－ 3 1 a0 2 1 3
1S
1
图13-39 单一循环控制回路
（8）根据控制需要,加入辅助状况,如连
续自动往复循环、 紧急停止等操作。 通 常辅助状况的加入均在单一循环回路设 计完成之后再考虑较为方便。如图13-39 所示的单一循环控制回路,若要改成自动 往复循环,则只要在B缸原点位置加入一 个行程开关b0并和启动开关1S1串联,这 样当B缸后退压到b0时,A缸即可前进,产 生另一次循环,如图13-40所示。

A
a0
a1
B
b0
b1
1 V1 4 A＋ 5 1 S1 2 1 3
2 A－ 3 1 b0 1 2 3 a1 2 1
2 V1 4 B＋ 5
2 B－ 3 1 b1 2 1 3
3
1S
2
1 1
3
图13-42 使用一般滚轮杠杆阀的气动控制回路

同理,当A缸前进压下a1时,使主控阀 B+端有信号,B缸前进。 B缸前进压到b1 时,发出信号使B缸后退。 因为动作顺序 要求B缸缩回后,A缸才缩回,所以主控阀 2V1两端控制口同时有信号,2V1无法换 向,a1是障碍信号。 由以上讨论可知, 必须对该回路进行障碍信号排除,亦即将 行程开关b0和a1改成单向滚轮杠杆阀,因 此正确的气动控制回路图如图13-43 所 示。
【例13-1】某一气动机械有A、B两个缸,
两缸的动作顺序是：A缸前进之后B缸再 前进,然后A缸后退,B缸再后退。位移-步 骤图如图13-35所示,试设计其气动控制 回路图。 设计步骤如下： （1）画出A、B两个气缸及相应的双气 控二位五通换向阀（主控阀），如图1336所示。 （2）在主控阀1V1和1V2两端控制口标 注 A+,A-,B+,B-, 意 旨 1V1 阀 A+ 处 有 信 号,A缸前进,其余相同（见图13-36）。
（4）缸前进压到行程开关（行程阀）b1
发出信号,目的是使A缸后退（A-）,故行 程开关（行程阀）b1和A-控制线连接。

（5）缸后退压到行程开关（行程阀）a0,发
出信号,目的是使B缸后退（B-）,故a0和B- 控制线连接。 以上的动作顺序图表示为
1S1
→A+→a1→B+→b1→A-→a0→B-
3 气动程序控制回路
例 A、B两气缸的位移—步骤图如图12-41所示，试用串级法 设计其气动回路图。 设计步骤如下：
3 气动程序控制回路
设计步骤如下： （1）气缸动作顺序A+B+B-A-分组，分组的原则是同 一组内每个英文字母只能出 现一次。分组的组数即 是输出管路数。分组的组数越少越好，即
3 气动程序控制回路
A
a0
a1
B
b0
b1
1 V1 4 A＋ 5 a0 2 1 1 S1 2 1 3 3
2 A－ 3 1
2 V1 B＋
4 5
2 B－ 1 3
b0 2 1 3 1S 2 1 1
a1 2 1 3
b1
2 1 3
3
图13-45 采用单向滚轮杠杆阀的气动控制回路
13.2.4 串级法 前述直觉法中的行程开关输出的信 号往往由于执行元件（气缸）压住而无法切 断,虽然可用单向滚轮杠杆阀或延时阀来消 除障碍信号,但是对于较复杂的动作顺序,使 用该方法不经济。 下面介绍应用串级法设 计气动回路。 串级法（Cascade method）是一 种控制回路的隔离法,主要是利用记忆元件 作为信号的转接作用,即利用4/2双气控阀或 5/2双气控阀以阶梯方式顺序连接,从而保证 在任一时间只有一个组输出信号,其余组为
A
a0
a1
B
b0
b1
1 V1 4 A＋ 5 b0 1 2 1 3 2 3 1
2 A－ 3 b1 2 1 3 a1 2 1
ZV1 4 B＋ 5
2 B－ 3 1 a0 2 3
3
1 S1
1S
2 1 3
1
图13-40 自动连续往复循环控制回路

【例13-2】A、 B两个气缸的位移-步 骤图如图13-41所示,试设计其气动控制 2 3 4 5 (1 ) 回路图。 1
1 1 气缸A 0 1 气缸B 0
2
3
4
5 (1 )
图13-35 动作顺序A+B+A-B-的位移-步骤图
A
B
1 V1 A＋
4 5
2 A－ 3 1
2 V1 B＋
4 5
2 B－ 3 1
图13-36 气缸和主控阀
（3）启动按钮1S1接在A+控制线上,操
作启动按钮,A缸前进（A+）,压到行程开 关 （ 行 程 阀 ） a1, 发 出 信 号 使 B 缸 前 进 （B+）,故行程开关（行程阀）a1和B+ 控制线连接。
方案实现：构造、组装和检查
3 气动程序控制回路
4、串级法
前述直觉法中的行程开关输出的信号往往由于执行元件（气缸 压住而无法切断，虽然可用单向滚轮杠杆阀或延时阀来消除障碍信 但对于较复杂的动作顺序，使用该法不经济。下面介绍应用串级法 计气动回路。
串级法（Cascade method）是一种控制回路的隔离法，主要是利 记忆元件作为信号的转接作用，即利用4/2双气控或5/2双气控阀以 梯方式顺序连接，从而保证在任一时间只有一个组输出信号，其余 为排气状态，使主控阀两侧的控制信号不同时出现，如图12-46所示
1 1 2 a1 3 4 5 (1 ) 气缸A 0 1 气缸B 0 1 S1 b0 a1 b1 重 叠 重 叠 b0 b1
图13-44 全功能图

图13-43所示控制回路中的气动信号没 有互锁,气缸在动作时极易因人为失误引起 启动信号的操作,而使动作顺序受到干扰, 因此为确保动作顺序的正确,必须在完成最 后一个动作的气缸的位置加入一个行程开 关,由此行程开关发出的信号产生互锁功能。 互锁功能可由行程开关和启动按钮串联而 成,如图13-45所示为具有完全互锁启动开 关的回路。
3 气动程序控制回路
3 气动程序控制回路
图12-47说明了四级串级回路中输出信号的情形。仔细观察图1247中的（a）、(b)、(c)、(d) 图，可发现每个图只有一组输出信号，其 余组均为排气状态。 采用此种排列，消除障碍信号比较容易，且建立在回路图的实际 操作程序中，是一种有规则可依的气动回路设计法。但应注意，在控 制操作开始前，压缩空气通过串级中的所有阀。另外，当串级中的记 忆元件切换时，由该阀自身排放空气，因此，只要有一个阀动作不良， 就会出现不良开关转换作用。 在设计回路中，需要多少输出管路和记忆元件，要按动作顺序的 分组（级）而定。如动作顺序分为四组则要输出四条管路，记忆元件 的数量则为组数减一。以下举例说明。

I Ⅱ I—Ⅱ I—Ⅱ
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ I—Ⅱ
(a) I Ⅱ Ⅲ I—Ⅱ
Ⅱ—Ⅲ
Ⅱ—Ⅲ
I—Ⅲ
Ⅲ—Ⅳ
I—Ⅳ
(b)
(c)
图13-46 各级串级转换气路 (a) 二级串级转换气路； (b) 三级串级转换气路； (b) (c) 四级串级转换气路

图13-47说明了四级串级回路中输 出 信 号 的 情 形 。 仔 细 观 察 图 13-47 中 的 （a）、(b)、 (c)、 (d) 图,可发现每个图只 有一组输出信号,其余组均为排气状态。