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1、,燕山大学吴晓明教授主讲,第7章 行程程序控制系统,7-1 概述7-2 气动系统中常用的电气电路7-3 障碍信号7-4 信号动作（XD）状态图7-5 障碍信号的判别及其消除7-6 单往复行程程序控制系统的设计7-7 多往复行程程序控制系统的设计7-8 选择程序控制系统的设计,燕山大学吴晓明教授主讲,7-1 概述,程序控制包括数字程序控制和简单的程序控制两类。按发信装置和控制信号的不同，简单的程序控制可分为行程程序控制和时间程序控制。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、液位等的变化，使控制对象的各执行机构按照预先结定的程序有序协调地工作。,燕山大学吴晓明教授主讲,行程程
2、序控制是闭环程序控制系统，如图71所示。当启动输入信号发出后，逻辑线路将发出执行信号，控制执行机构进行第一步动作，完成第一步动作后，触发行程阀或行程开关，发出气的或电的行程信号(称之为控制信号)，经逻辑回路运算后，发出第二个执行信号，实现第二步动作，整个系统将按预先给定的程序循环地工作。显然只有完成第一步动作后，才有可能进行下一步动作，这种控制方法具有连续的控制作用，因而极为安全可靠，是气动设备上应用最广的一种控制方法。,燕山大学吴晓明教授主讲,各种自动化机械或自动生产线大多是依靠程序控制来工作的。那什么是程序控制呢？所谓程序控制，就是根据生产过程的要求，使被控制的执行元件按预先规定的顺序协调
3、动作的一种自动控制方式。,气动程序控制回路,燕山大学吴晓明教授主讲,根据控制方式的不同，程序控制可分为：时间程序控制；行程程序控制；混合程序控制。,气动程序控制回路,燕山大学吴晓明教授主讲,行程程序控制系统包括位置发信装置，执行机构，逻辑控制回路，动力源等部分。,燕山大学吴晓明教授主讲,位置发信装置:是一种发出位置(行程)信号的传感器(转换器)，通常是行程阀、喷嘴挡板机构、行程开关等。此外还有液位、压力、温度等的传感器也可作为位置发信装置。执行元件:和它联动的机构称为执行机构，常用的执行元件有气缸(包括气液缸)、气动马达、气动阀等。逻辑控制回路:由气动方向阀或气动逻辑元件根据程序要求的逻辑表达
4、式组成。动力源:由产生压缩空气的压缩机、分水滤气器、干燥器、储气罐、调压阀、油雾器等组成。,燕山大学吴晓明教授主讲,打标机示意图,燕山大学吴晓明教授主讲,根据气动缸在工作运行一个周期中往复运动的次数，行程程序控制系统可分为单往复和多往复两种。为了适应生产的不同要求，程序可设计成可选择的。要选择哪种程序、可以在系统运行前事先确定，也可以在系统运行中，根据某种条件自动选定。前者称为人工预选程序，后者称为自动选择程序。在行程程序控制系统中，有时需要局部采用压力或时间控制，并且大多数的系统都需要有速度控制，同一气动缸可以使用几种不同压力或气流流量，以实现不同的驱动力或运行速度，适应生产实际中的各种要求
5、。,燕山大学吴晓明教授主讲,72 气动系统中常用的电气电路,一、控制继电器的原理与机能 图72为控制继电器的工作原理图，它是由按钮开关(限位开关)、电磁铁线圈、触点、接线柱等组成，通过按钮或限位开关使电磁铁线圈通电励磁，吸合触点，使被控制的主回路闭合通电。这就是继电器的工作原理和工作机能。2控制继电器的种类 控制继电器是一种当输入量变化到某一定值时，电磁铁线圈通电励磁，吸合触点、接通或断开交、直流小容量控制电路中的自动化电器。它被广泛应用于电力拖动，程序控制，自动调节与白动检测系统中。控制继电器种类繁多，常用的有电压继电器，电流继电器，中间继电器、时间继电器热继电器，温度继电器和速度继电器等。
6、,燕山大学吴晓明教授主讲,如图所示的与门电路也称为串联电路。只有将按钮a、b、c同时按下，则电流通过继电器线圈K。例如一台设备为防止误操作，保证安全生产，安装了两个启动按钮，只有操作者将两个气动按钮同时按下时，设备才能开始运行。与门电路的逻辑方程为S=,二、串联回路与门电路（AND）,燕山大学吴晓明教授主讲,如图所示的或门电路也称为并联电路。只要按下三个手动按钮中的任何一个开关使其闭合，就能使继电器线圈K通电。例如要求在一条自动生产线上的多个操作点可以进行作业。或门电路的逻辑方程为S=a+b+c。,三、并联回路或门电路（OR）,燕山大学吴晓明教授主讲,自保持电路又称为记忆电路，在各种液、气压装
7、置的控制电路中很常用，尤其是使用单电控电磁换向阀控制液、气压缸的运动时，需要自保持回路。,四、自保持电路,燕山大学吴晓明教授主讲,随着自动化设备的功能和工序越来越复杂，各工序之间需要按一定的时间紧密巧妙地配合，要求各工序时间可在一定时间内调节，这需要利用延时电路来加以实现。延时控制分为两种，即延时闭合和延时断开。如图为延时闭合电路，当按下开关PB后，延时继电器T开始计时，经过设定的时间后，时间继电器触点闭合，电灯点亮。放开PB后，继电器T立即断开，电灯熄灭。图13-11b为延时断开电路，当按下开关PB后，时间继电器T的触点也同时接通，电灯点亮，当放开PB后，延时断开继电器开始计时，到规定时间后
8、，时间继电器触点T才断开，电灯熄灭。,五、延时电路,燕山大学吴晓明教授主讲,（a）延时闭合（b）延时断开,延时电路,燕山大学吴晓明教授主讲,互锁电路用于防止错误动作的发生，以保护设备、人员安全。如电机的正转与反转，气缸的伸出与缩回，为防止同时输入相互矛盾的动作信号，使电路短路或线圈烧坏，控制电路应加互锁功能。如图所示，按下按钮PB1，继电器线圈K1得电，第2条线上的触点K1闭合，继电器K1形成自保，第3条线上K1的常闭触点断开，此时若再按下按钮PB2，继电器线圈K2一定不会得电。同理，若先按按钮PB2，继电器线圈K2得电，继电器线圈K1也一定不会得电。,六、优先回路（互锁电路）,燕山大学吴晓明
9、教授主讲,73 障碍信号,在行程程序控制系统的设计中，经常要碰到称之为障碍信号的信号。所谓障碍信号是指在同一时刻，主控阀的两端控制口同时存在控制信号，妨碍主控阀按预定程序换向。为保证行程程序控制系统预先给定的程序协调地下作，就必须找出障碍信号并设法消除它。,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,要使行程程序控制系统按预先给的程序正常地工作，控制信号S和R应满足：,1控制信号S和R应按程序要求顺次发生。2任一控制信号S或R在其该发生的节拍之外应该消失。3作用于任一主控阀的两端的控制信号S，R应满足S.R0的逻辑关系。,燕山大学吴晓明教授主讲,设使主控阀产生的输出信号为X1和X0的控制信
10、号分别为x1和xo，如果把x1和x0相应地连接到主控阀的控制口上，当工作程序要求输出X1时，可能出现下述三种情况：,1只有控制信号x1作用于主阀芯上，则主控阀输出为X1。2在控制信号x1发生之前,主控阀芯上已存在x0，则x0妨碍xl信号的控制作用。此时称x0为I型障碍信号。3只有x0存在，则导致系统不能按工作程序要求输出X1，产生误动作，称此类障碍为II型障碍信号。II型障碍信号只有在多往复程序控制系统中才能出现。,燕山大学吴晓明教授主讲,74 信号动作（XD）状态图,信号动作状态图(简称为XD状态图)法是一种图解方法，它把控制信号的存在状态和执行元件的动作状态清楚地用一张图表示，它不仅清楚地
11、表示障碍信号的存在状态，还提供了消除障碍信号的各种可能。还可利用它来检查线路的正确和判断线路的可行性。,燕山大学吴晓明教授主讲,一、X-D状态图图框的画法,如图712所示，根据已给的程序A1A0B1B0在方格图:第一行自左至右填入节拍序号(即行程程序号);第二行填写程序本身;最后一列留作填写执行信号，即执行信号的逻辑函数式;最前一列按给定的程序依次列出信号和动作符号，亦即依节拍分别写出控制信号和动作信号，并在控制信号后的括号内注明被控制的动作，例如b0(A1)表示b0为控制信号，它所控制的动作为A1。图表的下方可留出几行空格，以备消除障碍时使用。,燕山大学吴晓明教授主讲,X-D状态图图框,燕山
12、大学吴晓明教授主讲,XD状态图,燕山大学吴晓明教授主讲,A1B1B0A0 XD线图,燕山大学吴晓明教授主讲,二、动作状态线（D线）的画法 用水平粗实线画出各执行元件的动作状态线，见图713。动作状态线的起点是该动作程序的开始处，用符号“”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“”画出。例如，图中 A缸从节拍1的起点开始伸出状态A1，A1在节拍3的终点终止，变换成缩回状态A0，A1的终点必然在A0的起点处。三、信号线（X线）的画法 用水平细实线画各行程信号线，见图713。信号线的起点是与同一组中动作状态线的起点相同，用符号“”画出；信号线的终点是和上一组程序中产生该信号的动作线终
13、点相同，用符号“”表示。这里要指出的是，实际上若考虑到阀的切换及气缸启动等的传递时间，信号线的起点应超前于它所控制动作的起点，而信号线的终点应滞后于产生该信号动作线的终点。当在XD图上反映这种情况时，则要求信号线的起点与终点都应伸出分界线，但因为这个值很小，因而除特殊情况外，一般不予考虑。,燕山大学吴晓明教授主讲,75 障碍信号的判别及其消除,一、障碍信号的判别 障碍信号分为I型障碍、II型障碍和滞消障碍三类。在XD线图中，各种障碍信号的特征分别如下I型障碍的特征是其信号线长于所控制的动作线。这样，就造成在有的行程段，存在两个控制信号同时作用于一个主控阀。其中，长于被控制的动作线的那部分信号线
14、就是妨碍反相动作的障碍信号，称为障碍段，用波浪线“”表示，在图中，b0、a0就是障碍信号。II型障碍的特征是存在信号线而无动作线，或者信号线重复出现。滞消障碍的特征是信号线与所控制的动作线基本等长，仅比动作线多出一部分。,燕山大学吴晓明教授主讲,二、障碍信号的消除,1、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m*mx 制约信号x的起点应该位于障碍信号m开始之前，且制约信号x的终点应选在障碍信号m的无障碍段中。,燕山大学吴晓明教授主讲,制约信号x的选择原则：尽量选用系
15、统中的其他原始信号作为制约信号x，这样可以避免增加气动元件；选择其他原始信号的“非”信号；其他主控阀的输出信号；用中间记忆元件（辅助阀）输出信号。实现逻辑“与”关系既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的两个信号或两个行程阀相串联来实现，如图所示。,燕山大学吴晓明教授主讲,逻辑“与”消障法,逻辑“与”消障法,燕山大学吴晓明教授主讲,2、辅助阀消除障碍,辅助阀（中间记忆元件）消障法 如果在XD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
16、信号m相“与”来消除障碍信号m中的障碍段。,燕山大学吴晓明教授主讲,用辅助阀（中间记忆元件）法消障时，其消障后执行信号的逻辑函数表达式为：式中 m 有障碍的信号；m*消障后的执行信号；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。,燕山大学吴晓明教授主讲,下图（a）为辅助阀消障的逻辑原理图，图（b）为其回路原理图。图中，辅助阀K为两位三通、双气控阀，当t有气时使K阀有输出，而当d有气时K阀无输出。t和d不能重叠，应满足逻辑关系：td0。,辅助阀消障法（a）逻辑原理图；（b）回路原理图。,燕山大学吴晓明教授主讲,t和d的选择原则是：“通”信号t的起点应该位于
17、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。下图是辅助阀控制信号选择示意图。,辅助阀控制信号选择示意图,燕山大学吴晓明教授主讲,3、逻辑”非”运算消除障碍,用原始信号经逻辑”非”运算得到反相信号消除障碍、原始信号做逻辑”非”的条件是，起点在被制约信号m的执行段之后，m的障碍段之前，终点在m的障碍段之后，m的执行段之前，如图715所示。其数学表达式为：,燕山大学吴晓明教授主讲,逻辑”非”运算消除障碍,燕山大学吴晓明教授主讲,4、差压阀消障,把主控阀的气控信号作用面积作成大小不等的两个控制面，含有障碍的控制信号m和小头连接
18、，换向信号x控制大头，当信号x一出现时，控制信号m的障碍即被消除。其原理图如图716所示。,燕山大学吴晓明教授主讲,采用单向滚轮杠杆阀：采用单向滚轮杠杆阀使得气缸在一次往复动作中只发出一个脉冲信号，把存在障碍的长信号缩短为脉冲信号，如图所示。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。,5、将控制信号变成脉冲信号,燕山大学吴晓明教授主讲,（1）利用机械挡块使行程阀发出脉冲阀信号,脉冲信号法实质是将所有的障碍信号变为脉冲信号，常用的方法有机械法和脉冲回路法。机械法就是利用机械式活络挡块或可通过式行程阀发出脉冲信号的消障方法，如图所示。在
19、图a中，当活塞杆伸出时，活络挡块使行程阀发出脉冲信号；而当活塞杆缩回时，行程阀则不发信号。在图b中，当活塞杆伸出时，压下单向滚轮式行程阀发出脉冲信号；而当活塞杆缩回时，由于行程阀头部具有可折性，因而不压下行程阀，行程阀不发出信号。,燕山大学吴晓明教授主讲,（2）利用可通过式行程阀,机械法脉冲消障（a）利用机械式活络挡块消障；（b）利用可通过式行程阀消障。,燕山大学吴晓明教授主讲,（3）直接用脉冲阀,脉冲回路法就是利用脉冲回路或脉冲阀将障碍长信号变为脉冲信号的消障方法，如图所示。当障碍信号a发出以后，脉冲阀K立即有信号输出，同时，信号a经其中的节流阀向气容充气，当充气压力上升到切换压力时，脉冲阀
20、K换向，输出信号a被切断，从而使障碍信号a变为脉冲信号。调整脉冲阀K中的节流阀，可以调整脉冲信号的宽度，当然，调整得合适与否要在系统中检验。这种方法适用于定位精度要求较高的场合。,图1516 脉冲回路原理图,脉冲回路原理图,燕山大学吴晓明教授主讲,76 单往复行程程序控制系统的设计,一、XD状态图法XD状态线图法设计行程程序控制系统的步骤是：1、根据事先给定的行程程序绘制XD状态线图2、由XD状态线图判别障碍信号。3、寻求消除障碍方式并确定执行信号。,行程程序控制系统的设计方法：XD状态线图法程序控制线图法卡诺图图解法,燕山大学吴晓明教授主讲,下图所示为行程程序控制回路的基本单元。其包括了普通
21、气缸、主控换向阀（双气控二位四通阀）和行程发信器（二位三通常断式行程阀）组成的换向回路。实际中，基本单元的气缸可以是单作用的及其它各种气缸等，换向阀可用二位五通的及三位阀，气控的、电控的和单控阀。具体元件由实际控制回路决定。,行程程序控制回路的基本单元,燕山大学吴晓明教授主讲,在回路设计中规定，用大写字母A、B、C等表示气缸，用下标“1”与“0”表示气缸活塞杆的两种不同状态。如 A1表示气缸 A活塞杆伸出状态，A0表示气缸 A活塞杆的退回状态。控制气缸换向的主控换向阀也用与其控制的缸所相应的文字符号表示。用带下标l、0的小写字母a、b、c等分别表示相应的气缸活塞杆伸出或退回到终端位置时所碰到的
22、行程阀。如a1为对应于缸A活塞杆伸出位置的行程阀和其输出信号，b0为对应于缸B活塞杆返回位置的行程阀和其输出信号。行程阀发出的信号称为原始信号。右上角带*号的信号是经过逻辑处理而排除障碍后的执行信号，如 a0*、a1*；而把不带*号的信号叫作原始信号，如a0、a1 等。,燕山大学吴晓明教授主讲,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B缸退A缸退，工作程序图见下图所示。图中，n为启动信号。,工作程序图 图中的箭头提示顺序动作的方向，箭头上方的小写字母表示行程阀发出的行程信号。如当A1动作完成后发出a
23、1信号，B1动作完成后发出b1信号。般情况下，气缸的每一个动作总伴随有一个行程阀动作。按照程序动作的气缸依次发出行程信号，而该行程信号又命令下一个气缸动作。如,表示当A1动作完成后发出a1信号，a1信号命令B1动作。由此可见，气缸的动作顺序和行程阀发出的信号顺序是一致的。程序中的每一次动作称为一个节拍，图中所示的程序有五个节拍。图中所示的程序框图可进一步省略图中的箭头和信号，可写成：A1B1B0A0。,燕山大学吴晓明教授主讲,1绘制方格图,在绘制XD线图时，首先要绘制方格图在方格的顶部两行分别按照工作程序从左至右依次填入程序序号（或节拍号）1、2、3、4等及其相应的动作状态A1、B1、B0、A
24、0。在最右边留一栏作为“执行信号”填写执行信号表达式。在方格图最左边纵栏从上至下分别填入程序序号、控制信号及其控制的动作状态（即XD组）。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动作状态。例如，a0（A1）表示是由信号a0控制A1动作。如果一个信号同时控制两个动作，则应在该节拍中分两格填写。方格下部的备用格可以根据具体情况填入中间记忆元件（如辅助阀）的输出信号、消障信号以及连锁信号等。例如，对于节拍2为中间记忆元件（如辅助阀）的输出信号，其用于节拍2的消障。,燕山大学吴晓明教授主讲,(1)选择别的控制信号作为制约信号,(2)选用控制阀输出作为制约信号,(3)另设辅助元件
25、的输出作制约信号,(4)利用现有信号经逻辑运算后所获得的新信号作为制约信号,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,气动逻辑原理图的绘制,根据XD线图中执行信号的逻辑表达式，利用上述符号按照下列步骤绘制。（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。,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,绘制多缸单往复程序气动逻辑原理图 气动逻辑原理图是根据XD线图的执行信号表达式，并考虑系
26、统所需要的手动、自动、复位等要求所画出的逻辑框图。当画出逻辑原理图后，再按它就可以较快地画出气动回路原理图。它是由XD线图转换成气动回路原理图的桥梁。气动逻辑原理图的基本组成及符号（1）在逻辑原理图中，主要用“是”、“与”、“或”、“非”和“双稳”等逻辑符号表示。注意，其中任一逻辑符号可理解为逻辑运算符号，不一定总代表某一确定的元件，这是因为逻辑图上的某逻辑符号，在气动回路原理图上可用多种方案表示。（2）执行元件动作的两种输出状态，如：伸出缩回、正转反转，由主控阀及其输出表示，而主控阀常用双控阀，具有记忆功能，可以用“双稳”逻辑符号来表示。（3）行程发信装置主要是行程阀，也包括外部信号输入装置
27、，如：启动阀、复位阀等。这些原始控制信号用小方框加相应的内部标注表示。,燕山大学吴晓明教授主讲,绘制气动回路原理图 气动回路原理图是根据逻辑原理图绘制的，绘制时应注意以下几点：（1）要根据具体情况而选用气阀或逻辑元件。通常气阀及执行元件图形符号必须按液压及气动图形符号国家标准绘制。（2）一般规定工作程序图的最后程序终了时作为气动回路的初始位置（或静止位置），因此，气动回路原理图上气阀的供气及进出口连接位置，应按回路初始位置的状态连接。（3）控制回路的连接一般用虚线表示，但对复杂的气动系统，为防止连线过乱，亦可用细实线代替虚线。（4）“与”、“或”、“非”、“双稳”等逻辑关系可用逻辑元件或二位换
28、向阀来实现。行程阀与启动阀常采用二位三通阀。,燕山大学吴晓明教授主讲,（5）在回路原理图上应写出工作程序或对操作要求的文字说明。（6）气动回路原理图的习惯画法：把系统中全部执行元件（如气缸、气马达等）水平排列，在执行元件的下面画上相对应的主控阀，而把行程阀直观地画在各气缸活塞杆伸缩状态对应的水平位置上。图722是按图721逻辑原理图的要求，采用直观的习惯画法绘制而成的气动回路原理图。图中n为启动阀，K为中间记忆元件（辅助阀）。在画气动回路原理图时要注意，无障碍的原始信号，如图中的a0，b1，直接与气源相接（有源元件）。有障碍的原始信号，如图中的a1、b0，若用逻辑回路法消障，不能直接与气源相接
29、（无源元件）；若用辅助阀消障，则只须使它们通过辅助阀与气源串接。,燕山大学吴晓明教授主讲,最后还必须指出，以上的气动回路原理图仅是为了执行元件完成所需要的动作设计，它只是整个气动控制系统的一部分。一个完整的气动系统还应有气源装置、调速线路、手动及自动转换装置及显示装置等部分。,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,二、电气控制线路图,为适应生产过程自动化的需要，行程程序系统也常采用电气控制。这是出于采用电气控制的行程程序系统具有寿命长，可靠性高，可以直接利用各种传感器(位置、压力、温度等)的输出信号达到控制目的，易于实现大规模生产过程自动化等优点。这就是近年越来越多地采用电控的原因之
30、一。当选择电控的气动阀操纵气动执行元件时，控制线路中的控制元件是由电气开关等元件组成。设计此类系统的方法仍可采用信号动作(XD)状态图法，卡诺图法及程序控制线图法等。,燕山大学吴晓明教授主讲,1、气动缸的往复回路,燕山大学吴晓明教授主讲,(a)是气动缸往复运动回路最简单的情况，按下按钮AN1气动缸前进，放开后气动后退的回路，按钮与活塞动作间的关系如程序线图所示。,燕山大学吴晓明教授主讲,(b)是按下AN1前进，按下AN2后退的串联按纽回路，且为自保持往复回路。AN1使继电器J励磁并进入自保持状态后，触点J 闭合、电磁铁线圈DFQ励磁，活塞前进。AN2是为了解除上述自保持状态而设置的，当按下AN
31、2后，继电器DFQ断电消磁，触点J断开，DFQ消磁，单控四通阀复位，气动缸退回。,燕山大学吴晓明教授主讲,(C是按下AN1时，活塞自动作一次往复运动的回路，是(b)回路的运用。即用行程开关LX2代替按钮AN2解除自保持，但若继续按着AN1不放时，活塞将在前进端附近不停地作往复运动，这样将使继电器和电磁阀线圈发热烧毁。,燕山大学吴晓明教授主讲,（d）是为了防止上述不停的往复运动现象的回路，该回路的特点是已经后退的活塞杆在与后退端LX1接触之前，继电器J1不会励磁。活塞的运动情况是若继续按下AN1时，活塞作连续往复运动，若按下AN1就立即放开，则活塞只作一次往复运动。,燕山大学吴晓明教授主讲,(e
32、)是即使AN1一直闭合，活塞也只作一次住复运动，要使活塞再次前进，在放开AN1后再按一次AN1。,燕山大学吴晓明教授主讲,2、在前进端暂时停止的回路,活塞杆在前进端使LX2闭合时不立刻给出指令，而是通过时间继电器。在规定的时间后使列号5的继电器触点闭合和列号2的继电器触点SJ断开，因此回路变成为活塞杆在前进端停留一定的时间后才始退回。,燕山大学吴晓明教授主讲,3、活塞杆连续往复运动回路,燕山大学吴晓明教授主讲,当按下ANl后，继电器J0励滋，并进入自保持状态，同时列号3的触点J0闭合。继电器J1被励磁，并进入自保持状态，同时列号7的触点J1闭合，电磁阀线圈DFQ被励磁，活塞杆前进，(参看图72
33、4)，在前进端接触LX2，继电器J2励磁，并进入自保持状态，同时列号3的常闭触断点J2断开，继电器J1自保持被解除。列号7触点Jl断开、DFQ消磁，电磁换向阀复位，活塞杆后退。与行程开关LX1接触后，继电器J2的自保持被消除，列号3的常闭触点J2闭合，使继电器J1再次励磁并进入保持状态，列号7触点J1再次闭合，活塞前进。这样不断循环下去，使活塞杆连续往复运动。为使系统往复运动停止，在列号1上设置常闭按钮开关AN2。,燕山大学吴晓明教授主讲,4、电控行程程序控制系统,(1)气动缸及主控阀组成的气压传动部分应和电控线路同时画出。(2)一般情况下，当一个控制信号在并联线路中使用两次以上，应选用有两对
34、触点的行程开关。或者通过继电器派生出更多的等效信号。(3)主控阀可采用直动式电磁阎或先导式电磁阀，电源可用直流或交流。但应特别注意，采用交流双控直动式电磁阀时，该阀两侧电磁铁线圈不能同时得电，以防止烧毁线圈，为此应设计保护线路。,燕山大学吴晓明教授主讲,保护线路,燕山大学吴晓明教授主讲,77 多往复行程程序控制系统的设计,多住复行程程序是指程序运行一个循环中，气动缸作多次往复运动。一、多往复行程程序控制的特点 1)在多往复程序中，其多往复的气动缸的多次动作在不同时刻可能受不同的信号控制。2)在多往复气功缸的多次动作中，终端行程阀发出的多次信号，在不同的时刻可能控制不同的功作。,燕山大学吴晓明教
35、授主讲,二、多往复行程程序的XD状态线图的画法,1)按执行元件动作的数目确定行数，根据动作先后次序将动作及控制信号成组地分别填入最左一列，其他的和在第四节中介绍相同。2)动作及信号线的画法也同前。,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,多往复行程程序控制XD线图的特点,(1)多往复缸的多次动作状态线是多次断续出现的线段。(2)多往复缸多次产生的控制信号线也是多次断续出现的。(3)多次出现的行程阀的控制信号并不是每次出现时其状态线前端都有执行段。有时可能成为II型障碍段。例如节拍按程序应是b0控制C1，此时b0有执行段，而对C0来说，此时的b0成为障碍段，其余类推。,燕山大学吴晓明教授
36、主讲,三、障碍的判别和消除,障碍信号的判别方法与前面第五节所述的相同，即将每一行内的控制信号线和动作状态线-对应地进行长短比较，多余的部分即为障碍，图中仍用波浪线表示。由图752可知，除b0存在II型障碍外，其余的都是I型障碍。II型障碍是由于B缸往复运行两次引起的。为了消除上述障碍,多往复行程程序线路设计中常采用一种技巧，即把多次出现的行程信号变成若干个独立的信号，而后用这些脉冲信号作 中的通信号S和断信号R，并取 作为制约信号消除障碍。例如用C1和C1可以将b1变成两个独立的脉冲信号b11和b12，其中然后作成制约信号及 等。在xD线图中分别写出了单控和双控执行信号的逻辑表达式。上述区别断
37、续出现的多次信号的方法是设计多往复行程程序控制系统中的一种基本方法。,燕山大学吴晓明教授主讲,气动控制回路图,燕山大学吴晓明教授主讲,四、绘制行程程序控制线路图,电气控制回路,燕山大学吴晓明教授主讲,气动控制回路,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,多缸多往复行程程序回路设计,多缸多往复程序控制系统是指在给定工作程序的一个工作循环中，至少有一个执行元件存在两次或两次以上的往复动作。下面以一个双缸多往复程序“A1B1B0B1B0A0”为例，说明其设计方法。一、程序动作的特点 双缸多往复程序“A1B1B0B1B0A0”，从这个程序可以发现
38、多缸多往复程序动作常常存在下面两个特点:1气缸的同一动作在不同的节拍里可能由不同的行程阀发出的信号控制。例如，动作B1，在第2节拍由a1 控制，第4节拍由b0 控制。这是II型障碍信号常见的一种形式。在回路设计时，可以用逻辑“或”对两个信号进行综合，即。2程序中的同一个行程阀可能多次发出信号命令不同的气缸或者同一气缸的两个相反的动作。例如信号b0，在第4节拍命令B1动作，第6节拍命令A0 动作。这就是说，同一个行程阀b0发出的信号却要去控制缸B和缸A的两个动作。这又是一种多缸多往复程序型障碍的常见形式，这种障碍信号的排除就显得比较复杂。,燕山大学吴晓明教授主讲,二、多缸多往复程序XD线图的绘制
39、 多缸多往复程序的XD线图的绘制方法与多缸单往复程序的绘制方法类似，只是为了简化XD线图，使信号与动作之间的关系更加清楚，将在不同节拍内控制同一动作的不同信号线及其动作状态线画在同一横行内。例如：信号线 a1（B1）、b0（B1）与所控制的动作B1的动作状态线，均画在第2横行内。此外，将控制不同动作的同名信号线在相应的格内补齐，例如：b0（B1）在第2行内补齐，而b0（A0）则在第4行内补齐。这样，就得到了如图1522所示的程序“A1B1B0B1B0A0”的XD线图。由图1522可知，多往复程序不仅存在 I型障碍信号，而且存在 II型障碍信号。如：信号 a1 存在I型障碍，而信号b0既存在I型
40、障碍又存在II型障碍。,燕山大学吴晓明教授主讲,图1522 程序“A1B1B0B1B0A0”的XD线图,燕山大学吴晓明教授主讲,三、II型障碍的消除 由于II型障碍的实质是重复出现的信号在不同的节拍内控制不同的动作，因此消除II型障碍的根本方法是：对重复信号进行正确的分配。具体方法如下：1、对于非连续往复动作中的II型障碍 对于非连续往复动作中的II型障碍，采用双稳和双“与”门元件分配重复信号来消除。例如，对于多缸多往复程序“A1B1C1B0A0B1C0B0”，在一个工作循环，B缸存在两次往复动作，而且不是连续动作。其中，信号b1 在节拍3和节拍7中分别控制动作C1和C0；信号b0在节拍 5和
41、节拍 1中分别控制动作 A0和 A1。为了解决信号 b0和b1 的二次分配问题，可以借助中间动作C1和C0所产生的独立信号c1和c0作为辅助信号，用双稳和双“与”门元件来解决信号分配问题。其逻辑原理图如图1523所示，气动元件回路图如图1524所示。,燕山大学吴晓明教授主讲,图1523 逻辑原理图,图1524 气动元件回路图,燕山大学吴晓明教授主讲,采用上述方法消障以后，执行信号的逻辑函数表达式为b1（C1）b1；b1（C0）b1（1524）b0（A0）=b0；b0（A1）=b0（1525）需要注意的是：所选用的两个原始信号（这里为c1和c0）必须是不同时出现在II型障碍信号（这里为b1和b0
42、）前后两次出现的间隔内的短信号，否则有可能出现新的障碍。2对于连续往复动作中的II型障碍 对于连续往复动作中的II型障碍，此时重复动作的执行元件在多次往复动作之间没有独立的中间信号存在，则可以采用下面的连续重复信号分配回路来消除。例如，对于多缸多往复程序“A1B1B0B1B0A0”，B缸连续两次重复动作产生的二次重复信号b0，先后控制动作B1和A0。此时产生的 II型障碍信号b0可以采用图 1525所示的连续重复信号分配回路来消障。由图1525a可知，该回路由两个双稳元件R1和R2，以及三个“与”门元件如Y1、Y2和 Y3构成。其中为b0是多次重复的障碍信号；a0是双稳元件 R1和 R2的置“
43、0”信号（可选取程序中合适的原始信号）；b1为是连续往复中间信号。,燕山大学吴晓明教授主讲,（a）（b）图1525 连续重复信号b0的分配回路（a）逻辑原理图；（b）气动回路图。,燕山大学吴晓明教授主讲,信号分配的原理是：首先输入a0信号，使双稳元件R1和R2置“0”（即复位）。当b1信号第一次输入后，“与”门元件Y3无输出；待 b0信号第一次输入后，“与”门元件 Y2输出执行信号b0*（B1），控制动作B1；同时，使双稳元件R1 置“1”。当b1信号第二次输入后，“与”门元件Y3有输出，使双稳元件R2置“1”；待b0信号第二次输入后，“与”门元件Y1输出执行信号的b0*（A0），控制动作A0
44、，从而完成了连续重复信号b0的分配。图1525b是相应的气动回路原理图，其中R1为二位三通换向阀（计数阀），R2为二位五通换向阀。对于连续多次重复动作的系统，可以按照上述原理进行多次重复信号分配，当然回路将变得很复杂。因此，可以采用辅助机构、辅助行程阀或者定时发信装置来实现多缸多次重复信号的分配，其特点是：在多往复执行元件的行程终点设置多个行程阀或者定时发信装置，使每个行程阀仅控制一个动作或者根据程序定时发信，从而消除II型障碍。根据图1522的XD线图和图1525 的连续重复信号b0的分配回路，可以得到双缸多往复程序“A1B1B0B1B0A0”的逻辑原理图（图1526），及其气动控制回路图（
45、图1527）。,燕山大学吴晓明教授主讲,图1526“A1B1B0B1B0A0”逻辑原理图,燕山大学吴晓明教授主讲,图1527“A1B1B0B1B0A0”气动控制回路图,燕山大学吴晓明教授主讲,78 选择程序控制系统的设计,一、自动选择程序 自动选择程序控制系统的特点是：当系统完成某一动作后，下一步应执行哪一动作要根据检测元件的信号来确定。例如，一台检测产品质量的设备，不可能事先知道某件产品合格与否，必须根据检测结果，由传感器给出合格与不合格的信号，根据此信号决定该产品应送入成品库或废品库，即由传感器的信号来自动选择程序运行。,燕山大学吴晓明教授主讲,例75,例75 设产品选择程序为,可以看出题
46、给程序可能出现下述三种闭合环路程序，用节拍号表示。,燕山大学吴晓明教授主讲,1、合格与不合格产品交替出现，其行程程序为：,2、合格产品重复出现，其行程程序为：,3、不合格产品交替出现，其行程程序为：,燕山大学吴晓明教授主讲,对于这样的控制系统，可以先按第一种程序进行设计，然后再验验证所设计的程序控制系统是否也适用于后两种情况。对于第一种情况，其具体程序为：,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,由图755可知，信号a1存在有脉冲障碍，只要A01时，此脉冲障碍自行消失。为了使所设计的线路更可靠地适用于后两种情况，应要进行逐环核对。逐环核对实际上是检查消除障碍的制约信号是否仍有效。实际上
47、，主令信号作制约信号是不必校核的，因为只利用它们在各节拍当时的状态。但是记忆信号 则必须检查，如果记忆信号的通信号S和断信号R分别属于两个程序，而因回路在某种情况下只按一种程序运行，则记忆信号 或恒为逻辑0或恒为逻辑l，这样的S和R是不满足要求，因此选择记忆信号 的通、断信号时，应在同一程序中选择。本例中的制约信号 的c1，n同属第3程序，因此满足要求。由XD状态线图755可作出本例题的自动选择程序气功控制回路，如图755所示。,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,二、人工预选程序,人工预选程序是在系统运行前由操作者根据需要，通过“程序预选阀”事先选择好所要执行的程序。,燕山大学吴
48、晓明教授主讲,例76 设有选择程序为,由题结选择程序可知：该程序可助过回转式程序预选阀使程序变成如下两个独立的闭合环路程序，即（1）A1B1B0C1C0A0，（2）A1C1C0A0两个程序，为了判别和消除障碍，需分别根据上述两个独立程序作XD状态线图，如图757(a)(b)所示。,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,分析上述两个程序可知，它们之间的区别仅在于B缸是否参与运行，控制信号a1在不同程序中分别控制B1和C1，执行信号分别为：，如果使用，并通过两只程序预选阀将这一综合后的信号连接到B缸和C缸的主控阀输入端(如图758所示)，则可实现程序预选之目的。可以看到，当选择程序（2）
49、时，b10，则有。选择程序（1）时，b1和c1都出现，但从XD线图看。由此可知，选择，作为制约信号是可行的。由此可作逻辑原理如图758所示，根据逻辑原理图分别作出单控电气线路图如图759所示及气动控制线路图如图760所示。图中采用了手动回转式二位五通阀和钮子开关，实现程序预选。,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,燕山大学吴晓明教授主讲,程序控制线图法,1、基本步骤(1)根据生产实际要求，选择控制及执行元件，编出工作程序。(2)按照程序绘制程序线图，分析线图中每条界限线上处于接通状态的信号元件，确 定其是否存在对偶线。若存在对偶线。则应设计中继阀，并把中继阀
50、的动作程序线绘在程序控制线图内。(3)分别求出中继阀及各控制信号的执行信号的逻辑函数表达式，并分析是否满足控制要求，对于不满足控制要求的中继阀应重新设计。(4)根据系统需要，设计安全保护装置。(5)按照已求得的满足控制要求的执行信号逻辑函数式作逻辑及气动控制线路图。,燕山大学吴晓明教授主讲,2设计举例,例73、设已给工作程序A1B1B0A0，试根据程序控制线图法设计程序控制系统 对这一程序应用区间直观判别障碍法，可迅速判别出有两个障碍信号，即a1和b0。程序控制线图的画法是先画出气缸动作状态线，再画主控阀的输出信号线，然后画行程阀的信号线。由此程序控制线图找出主控阀两端控制信号，于是便可给出合
