全氣動多缸行程程序控制系統的快速設計

唐德棟，舒慶，劉瑞，李斌

(哈爾濱理工大學機械動力工程學院，黑龍江哈爾濱150080)

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

氣動節拍器是近幾年發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。具有手動－自動控制、復位、緊急停車、互鎖保護、控制動作顯示等功能。是一種符合現代氣動發展趨勢的微型化、集成化、模塊化的新型智能氣動控制元件。

1 氣動節拍器的結構

節拍器由若干個獨立的控制單元連接而成，單個控制單元的結構如圖1所示，雙氣控換向閥2 控制本單元的氣體輸出，完成本步的執行元件的動作控制，單氣控換向閥1 實現下一個控制單元的激活控制，當下一個控制單元成為活動步時，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:氣源進氣口。當多個模塊組合使用時，各模塊P 口應相通連接;

A:氣控信號輸出口。當多個模塊組合使用時，各模塊的A 口分別輸出氣控信號;

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

L:總復位控制口，當L 口與氣源接通時，節拍器恢復為初始狀態，程序執行完本步動作后停止;

Zn:轉換條件信號輸出口;控制其前級步成為不活動步。

Zn+1:轉換條件信號輸入口，當多個模塊組合使用時，前一個模塊的Zn +1 口應與后一個模塊的Zn 口相接;

Yn:起動信號口;

Yn+1:步進指令控制口，當多個模塊組合使用時，前一個模塊的Yn+1 口應與后一個模塊的Yn 口相接，以觸發Yn 起動。

圖1 單個控制單元結構圖

2 氣動節拍器的工作原理

節拍器的設計思想是將所有的原始信號(不管是否有障礙)全部經過一個信號分配器處理為無障礙信號后作為執行信號，去控制主控閥動作，根據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。

氣動節拍器的工作原理需遵循的基本控制規則如下:

(1)當前控制單元控制的動作為活動步，且轉換條件滿足時，下一個控制單元激活。

(2)下一個控制單元成為活動步的同時，前級的控制單元變為不活動步。

下面以3 個控制單元組成的節拍器(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的外部氣路氣控換向閥動作，氣源驅動相應的執行元件完成本步動作，本步動作完成時，轉換條件X1 得到滿足(即X1 口有氣體進入)，換向閥1 切換到左位，氣源氣體經閥2 左位、閥1 左位控制閥5 切換到左位，實現控制單元ST2 成為活動步(即A2 口有氣體輸出)，與此同時，氣源氣體經閥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。對于連接多個控制單元的節拍器的工作原理以此類推。節拍器最末的控制單元ST3 結構與前面的稍有不同，主要是保證在最后的控制單元處于活動步的狀態，且轉換條件滿足時，才能實現第一步成為活動步。

圖2 節拍器工作原理

圖3 采用節拍器的雙氣缸順序動作控制回路

3 氣動節拍器的在行程程序控制中的應用

下面以多缸多往復全氣動控制回路為例說明其具體的應用。用A、B 代表氣缸，用下標1、0 代表氣缸活塞桿的伸出和縮回，設計兩氣缸的動作順序A1A0B1B0的程序控制回路。由于該控制系統回路存在障礙信號，利用傳統的設計方法分析過程復雜，設計效率較低［3－4］。根據前述節拍器的工作原理，圖3給出了利用節拍器設計的氣動回路圖。如果兩缸的動作順序發生變化，氣動元件無需變化，只需改變每個控制單元A 口輸出與被控換向閥的氣控端口的連接順序即可，氣動回路調整簡單方便。

4 結束語

多缸往復行程程序控制回路的設計難點之一是障礙信號的排除，如果不能發現并排除這些障礙信號勢必會造成整個動作過程無法正常進行。采用節拍器后，可自動消除障礙信號，保證在上一步順序動作已經完成并檢測到以后，下一步順序動作才能開始。能有效節省氣動控制回路的分析、設計和調試時間，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:哈爾濱工業大學出版社，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設計［J］.包裝與食品機械，2009，27(2):24－26.

【3】唐德棟.Festo 氣壓實驗臺在《液壓與氣壓傳動》實驗教學中的應用［J］.機床與液壓，2004(2):125－126.

【4】唐德棟.基于Festo 實驗臺氣動綜合實驗的開發［J］.機床與液壓，2006(4):109－110.