单位文秘网 2021-07-05 08:14:31 点击: 次
摘要:本文主要针对在气动行程控制回路中出现障碍信号的问题提出了采用节拍器的解决方法,并对节拍器的工作原理和结构进行了分析。
关键词:气压传动;行程控制回路;障碍信号;节拍器
气压传动是利用压缩空气来传递动力或控制信号的一种传动方式。它具有空气介质来源简单、方便、不污染环境,储存、运输方便,系统性能受温度影响小,防火、防爆、抗电磁干扰,输出力及速度容易调节、可靠性高、使用寿命长等优点。目前已经成为工业自动化的一种重要技术手段,在自动化生产线、工业机器人、半导体工业等各个行业得到广泛应用。
在气压传动控制回路中有很大一部分为行程控制回路。这种控制回路的特点是:执行元件前一个动作完成后,发出完成信号,该完成信号控制下一个动作开始执行。所以它是一种只有在前一个动作完成后,才允许下一个动作执行的控制方式。在行程控制回路中大多数完成信号都是由各类位置传感器发出的。但大多数具有多个执行元件的行程控制回路中,各个控制信号间往往存在一定形式的互相干扰。这些造成干扰的信号称为障碍信号,它们会使执行元件动作无法正常完成。在行程控制回路中障碍信号主要有I型障碍信号和II型障碍信号两种。
.I型障碍信号:行程控制回路在一个工作过程中,每个气缸只作一次往复运动称为单往复行程控制回路。单往复动作过程中,若某个主控阀的两个控制口上同时存在两个相互矛盾的控制信号,则称该障碍信号为I型障碍信号。
.II型障碍信号:一个工作过程中至少有一个气缸往复运动两次或两次以上,称为多往复行程控制回路。这种回路中,如果存在一个控制信号多次出现并控制不同动作,或分别控制同一个气缸两个相反动作,这个信号就称为II型障碍信号。
.以图1所示的控制回路为例,它用于实现气缸A伸出—气缸B伸出—气缸B缩回—气缸A缩回的顺序动作。其中a0、a1、b0和b1都是用于活塞杆位置检测的行程阀。
在这个回路中,行程阀b0初始位置是被压下的,接通气源后就有输出。按下按钮a控制气缸A活塞杆伸出时,b0会造成双气控换向阀无法换向,致使气缸A活塞不能伸出。假设气缸A活塞杆能伸出,到位后压下行程阀a1,让气缸B活塞杆伸出。气缸B活塞杆完全伸出时,行程阀b1发出信号控制气缸B活塞返回。但此时由于行程阀a1仍被压下,使得行程阀b1发出的控制信号无法使换向阀换向,致使气缸B活塞杆无法返回。因此,在这个回路中行程阀b0和a1所发出的信号都是障碍信号。
因此回路设计时,往往首先应分析是否存在这种障碍信号,如果有的话就要设法排除。一般可以先采用X-D信号动作图对障碍信号进行分析,再采用脉冲信号法、逻辑回路法或辅助阀法对障碍信号进行排除。但这些过程会大大增加气动控制回路设计的难度并使气动回路的复杂程度大大增加。所以对于多气缸的行程控制一般都会采用电气控制或PLC(可编程控制器)控制。电气控制和PLC控制回路设计相对全气动控制来说要简单得多,但在某些防爆和防静电等级较高的场合,全气动控制回路仍得到非常广泛的使用。
节拍器是一种特殊的气动控制元件,采用了电气控制和PLC控制中的顺序控制设计思想。它可以让执行元件按照生产工艺预先设定的顺序自动有序的动作,不会出现障碍信号影响动作的正常进行。
1.节拍器的工作原理
下面仍以气缸A伸出—气缸B伸出—气缸B缩回—气缸A缩回的动作顺序为例来介绍节拍器的工作原理。
顺序控制最基本的设计思想是将系统的一个工作周期划分为若干个前后顺序相连的阶段,每个阶段都称为步。正在运行的步我们称为活动步,其余的称为不活动步。每一步只有其前一步是活动步时,该步才可能成为活动步;某一步成为活动步时,其前一步必然变为不活动步。步是根据输入信号的状态变化来划分的,同一步内输出信号状态不变,相邻两步输出信号总的状态必须是不同的。对于上述动作顺序来说,我们可以将其分成A1(气缸A伸出)、B1(气缸B伸出)、B0(气缸B缩回)和A0(气缸A缩回)四步,即A1B1B0A0。
控制系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。在这个例子中,如果我们如图1所示利用前一步动作完成时行程阀发出的信号直接去控制执行元件下一步的动作,就会因行程阀a1、bo信号过长而造成动作无法正常进行。节拍器则是利用前一步动作完成时行程阀发出的信号作为转换条件,让下一步成为活动步,并使本步变为不活动步。在节拍器中每一步的到位信号分别用X1、X2、X3、X4表示,控制每一步是否为活动步并使相应气缸动作的执行信号为A1、A2、A3、A4。则本例中X1= a1、X2= b1、X3= b0、X4= a0,A1信号控制A缸活塞的伸出;A2控制B缸活塞的伸出;A3控制B缸活塞的缩回;A4控制A缸活塞的缩回。
控制第二步执行的A2信号有输出的条件为第一步为活动步(A1有输出)并且第一步已经完成(X1有输出);控制第三步执行的A3有输出的条件为第二步为活动步(A2有输出)并且第二步已经完成(X2有输出);控制第四步执行的A4有输出的条件为第三步为活动步(A3有输出)并且第三步已经完成(X3有输出);控制第一步成为活动步的A1有输出信号的条件则是前一动作周期的最后一步为活动步并且该步已经完成。
由于后一步一旦成为活动步,立即使前一步成为不活动步,即控制每一步执行元件动作的A1、A2、A3、A4信号都只有在本步为活动步时才有,所以不可能因信号过长造成动作无法正常进行。对于本例来说,节拍器的A1信号用来控制A缸伸出,A1信号只在A缸伸出过程中才有。第二步(B缸伸出)动作一开始,A1信号就立即消失。其它的A2、A3、A4信号也是如此。所以利用节拍器来进行行程控制回路设计时既不需要去分析有无障碍信号,也不需要进行障碍信号的排除,简化了设计过程,使用十分方便。
2.节拍器的结构
如图3所示,节拍器采用模块式结构,每个模块均由一个“或”门型梭阀、一个双气控制换向阀和一个单气控换向阀构成。这些模块可以根据顺序控制中步数多少进行灵活组合。本例中一个过程只有四步动作所以节拍器由四个模块构成。
图中Zn信号用于在A1信号产生后复位(切断)前一步的控制信号。Zn+1端口则是用于接收让A4复位的信号。如果将Zn和Zn+1直接相连,就可以实现控制第一步产生的A1信号对前一周期最后一步(第四步)控制信号A4的复位。Yn+1是在第四步完成后(A4、X4均有信号)时出现,用于控制产生下一步;Yn端口是用于接收外部让A1产生的信号。对于本例来说,第4步的下一步就是新的一个周期的第一步,所以Yn+1应通过启动按钮和Yn相连,来启动第一步。
图3所示节拍器结构中,P口用于节拍器的供气,L口用于节拍器的初始化,即在第一次使用前,应对L口通气一次。其目的是让节拍器四个模块中只有A4有输出,这样按下启动按钮后,A1信号才能产生。同时还可以避免在启动时由于节拍器各模块中双气控换向阀阀芯所处位置不确定,造成行程控制中各步动作出现混乱。
3.实例回路
图4所示为采用节拍器实现A1B1B0A0动作的回路图。
结束语
气动系统中行程控制回路是一种十分常见的控制回路。在设计行程控制回路时应充分考虑到障碍信号对动作的影响,如果不能发现并排除这些障碍信号应会造成整个动作过程无法正常进行。节拍器虽然本身结构相对比较复杂,但采用节拍器后回路中就不会存在障碍信号,能有效节省了回路的分析、设计和调试时间,保证回路的可靠工作。
参考文献:
《液压与气压传动》 左健民主编机械工业出版社1998
《袖珍液压气动手册》 刘新德主编 机械工业出版社 2004
《气动技术》 帕.克罗斯同济大学出版社 1990
《气动技术》 Werner DeppertKurt Stoll机械工业出版社 1999
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