全氣動多缸行程程序控制系統(tǒng)的快速設(shè)計(jì)

唐德棟，舒慶，劉瑞，李斌

(哈爾濱理工大學(xué)機(jī)械動力工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150080)

多氣缸順序動作氣壓控制回路設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)分析是否存在障礙信號，常用的方法有很多，如信號動作狀態(tài)圖法、卡諾圖圖解法等，這些方法較繁瑣且易出錯(cuò)［1－2］。

氣動節(jié)拍器是近幾年發(fā)展起來的一種新型氣動自動控制元件，它具有線路連接清晰、自動消除障礙信號、工作安全可靠、改變控制程序方便快捷的特點(diǎn)。具有手動－自動控制、復(fù)位、緊急停車、互鎖保護(hù)、控制動作顯示等功能。是一種符合現(xiàn)代氣動發(fā)展趨勢的微型化、集成化、模塊化的新型智能氣動控制元件。

1 氣動節(jié)拍器的結(jié)構(gòu)

節(jié)拍器由若干個(gè)獨(dú)立的控制單元連接而成，單個(gè)控制單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示，雙氣控?fù)Q向閥2 控制本單元的氣體輸出，完成本步的執(zhí)行元件的動作控制，單氣控?fù)Q向閥1 實(shí)現(xiàn)下一個(gè)控制單元的激活控制，當(dāng)下一個(gè)控制單元成為活動步時(shí)，通過梭閥3 控制本單元成為不活動步(即A 口沒有氣體輸出)。

各氣口的功能說明:

P:氣源進(jìn)氣口。當(dāng)多個(gè)模塊組合使用時(shí)，各模塊P 口應(yīng)相通連接;

A:氣控信號輸出口。當(dāng)多個(gè)模塊組合使用時(shí)，各模塊的A 口分別輸出氣控信號;

X:氣控信號輸入口。當(dāng)多個(gè)模塊組合使用時(shí)，各模塊的X 口分別接受來自外部的控制氣體;

L:總復(fù)位控制口，當(dāng)L 口與氣源接通時(shí)，節(jié)拍器恢復(fù)為初始狀態(tài)，程序執(zhí)行完本步動作后停止;

Zn:轉(zhuǎn)換條件信號輸出口;控制其前級步成為不活動步。

Zn+1:轉(zhuǎn)換條件信號輸入口，當(dāng)多個(gè)模塊組合使用時(shí)，前一個(gè)模塊的Zn +1 口應(yīng)與后一個(gè)模塊的Zn 口相接;

Yn:起動信號口;

Yn+1:步進(jìn)指令控制口，當(dāng)多個(gè)模塊組合使用時(shí)，前一個(gè)模塊的Yn+1 口應(yīng)與后一個(gè)模塊的Yn 口相接，以觸發(fā)Yn 起動。

圖1 單個(gè)控制單元結(jié)構(gòu)圖

2 氣動節(jié)拍器的工作原理

節(jié)拍器的設(shè)計(jì)思想是將所有的原始信號(不管是否有障礙)全部經(jīng)過一個(gè)信號分配器處理為無障礙信號后作為執(zhí)行信號，去控制主控閥動作，根據(jù)程序要求改變信號分配器的輸入、輸出信號的順序，就可滿足所需程序的動作要求。

氣動節(jié)拍器的工作原理需遵循的基本控制規(guī)則如下:

(1)當(dāng)前控制單元控制的動作為活動步，且轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，下一個(gè)控制單元激活。

(2)下一個(gè)控制單元成為活動步的同時(shí)，前級的控制單元變?yōu)椴换顒硬健?/p>

下面以3 個(gè)控制單元組成的節(jié)拍器(如圖2)說明其具體的工作原理:

在啟動信號Yn 的作用下，換向閥2 處于左位，控制單元ST1 成為活動步(即A1 口有氣體輸出)，從而可以控制該步對應(yīng)的外部氣路氣控?fù)Q向閥動作，氣源驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件完成本步動作，本步動作完成時(shí)，轉(zhuǎn)換條件X1 得到滿足(即X1 口有氣體進(jìn)入)，換向閥1 切換到左位，氣源氣體經(jīng)閥2 左位、閥1 左位控制閥5 切換到左位，實(shí)現(xiàn)控制單元ST2 成為活動步(即A2 口有氣體輸出)，與此同時(shí)，氣源氣體經(jīng)閥5 左位，梭閥3 控制閥2 切換到右位，控制單元ST1 成為不活動步。對于連接多個(gè)控制單元的節(jié)拍器的工作原理以此類推。節(jié)拍器最末的控制單元ST3 結(jié)構(gòu)與前面的稍有不同，主要是保證在最后的控制單元處于活動步的狀態(tài)，且轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)第一步成為活動步。

圖2 節(jié)拍器工作原理

圖3 采用節(jié)拍器的雙氣缸順序動作控制回路

3 氣動節(jié)拍器的在行程程序控制中的應(yīng)用

下面以多缸多往復(fù)全氣動控制回路為例說明其具體的應(yīng)用。用A、B 代表氣缸，用下標(biāo)1、0 代表氣缸活塞桿的伸出和縮回，設(shè)計(jì)兩氣缸的動作順序A1A0B1B0的程序控制回路。由于該控制系統(tǒng)回路存在障礙信號，利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法分析過程復(fù)雜，設(shè)計(jì)效率較低［3－4］。根據(jù)前述節(jié)拍器的工作原理，圖3給出了利用節(jié)拍器設(shè)計(jì)的氣動回路圖。如果兩缸的動作順序發(fā)生變化，氣動元件無需變化，只需改變每個(gè)控制單元A 口輸出與被控?fù)Q向閥的氣控端口的連接順序即可，氣動回路調(diào)整簡單方便。

4 結(jié)束語

多缸往復(fù)行程程序控制回路的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一是障礙信號的排除，如果不能發(fā)現(xiàn)并排除這些障礙信號勢必會造成整個(gè)動作過程無法正常進(jìn)行。采用節(jié)拍器后，可自動消除障礙信號，保證在上一步順序動作已經(jīng)完成并檢測到以后，下一步順序動作才能開始。能有效節(jié)省氣動控制回路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)間，保證回路的可靠工作。

【1】吳振順.氣壓傳動與控制中［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

【2】林榮川，魏莎莎.多氣缸順序回路信號障礙消除及程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.包裝與食品機(jī)械，2009，27(2):24－26.

【3】唐德棟.Festo 氣壓實(shí)驗(yàn)臺在《液壓與氣壓傳動》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.機(jī)床與液壓，2004(2):125－126.

【4】唐德棟.基于Festo 實(shí)驗(yàn)臺氣動綜合實(shí)驗(yàn)的開發(fā)［J］.機(jī)床與液壓，2006(4):109－110.