氣動控制回路步進動作控制模塊化設計

代巍　鄭武

摘 要：文章針對純氣動控制系統設計方面提出一種設計方法，即步進動作控制模塊化設計，其設計具備控制思路清晰，實現簡單，查找故障容易，節省成本等特點，且易于擴展，系統可靠，并使得氣動邏輯簡單化、標準化；并以一實例對其設計方法進行表述說明，其方法可為氣動控制系統設計提供一種設計思路及參考。

關鍵詞：控制回路；步進動作；模塊化設計；標準化

中圖分類號：TH138.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0092-02

Abstract： In this paper， a design method of pure pneumatic control system is presented， which is the modular design of step action control. The design has the characteristics of clear control idea， simple realization， easy fault finding and cost saving， and easy to expand. The system is reliable and the pneumatic logic is simplified and standardized， and an example is given to illustrate the design method， which can provide a design idea and reference for the pneumatic control system design.

Keywords： control loop； stepping action； modular design； standardization

在汽車生產線中，純氣控控制系統因具備價格低、性能可靠等優點，深受生產線設計者的青睞，因此在控制系統中普遍的應用存在。一個優良的純氣動控制系統比較復雜，其設計需要考慮很多因素，比如安全性、操作便利性、易讀懂及維護等要求，因此要求設計者需具備較強的專業知識，清晰的設計思路，以及一定的設計、現場經驗。因此，文中針對氣控順序動作控制系統提出一種步進動作模塊化設計方法，為設計者提供一種新的設計參考。

1 步進動作模塊化

步進動作，就是按照規定的動作關系一步一步工作；模塊化即把每個動作的控制邏輯關系按照固定的形式固化下來，形成一個模塊，根據動作的多少選取模塊。使得順序控制系統具備：設計簡單、故障排除容易、且容易進行生產線的改造及擴展特點。

2 氣動控制系統組成

氣動控制系統由輸入、輸出、邏輯三大系統組成；三者間關系為，輸入系統通過邏輯系統來實現輸出系統要求的相關動作，見圖1：

（1）輸入系統為控制系統外部對模塊的信號輸入，包

括行程開關信號、按鈕開關信號、計數器信號、感應器信號等等，也可以是這些信號的組合，主要作用是檢測是否到位、是否確認等。

（2）輸出系統為控制系統模塊對外的信號輸出，為氣壓信號，主要作用的對主控閥驅動，從而驅動外部設備的運動。

（3）邏輯系統為內部傳遞信號，作用是實現輸入與輸出之間的信息傳遞。

輸入，輸出系統一般固定不變，搭接它們間的橋梁就是邏輯系統，因此邏輯系統設計的好壞，決定著輸出系統是否實現要求的順序動作，文中所涉及就是此邏輯系統設計模塊標準工作。

3 設計原理

設計思路，將每一個順序動作的邏輯設計成一個獨立標準模塊，其邏輯控制系統由多個獨立模塊組成，它們間通過邏輯信號連接，從而組成一個整體的獨立邏輯控制系統，在設計過程中，只需根據實際動作將標準化模塊進行簡單的增減即可。

3.1 氣路模塊設計

原理設計思路：（1）選取任意相鄰的2個動作；（2）動

作傳遞（周而復始）：前一步動作→后一步準備→前一步到位后復位→后一步動作；（3）每一步都有邏輯關系開關（比如按鈕、現場行程開關等）；涉及元件：二位五通閥、到位開關、接頭、氣管等。設計其模塊原理，見圖2。

S02為前一模塊輸出信號（當前模塊準備信號）；S0.2為前一模塊動作到位輸出信號；S1為當前模塊動作到位信號；S1.1為當前模塊輸出信號；S1.2為當前模塊復位信號（動作傳遞到后一模塊信號）；S12為后一模塊準備信號；其工作原理：

（1）前一模塊輸出準備（S02）和動作傳遞（S0.2）后，二位五通閥模塊V1換向，模塊V1閥4口出氣（S1.1輸出），且信號準備輸出（S12），模塊V2閥換向。其結果是當前V1模塊輸出氣壓信號，當前所控制的設備動作，且為后一步做好輸出的準備，但此時V2無輸出。

（2）當V1模塊動作到位，到位信號（S1）（此信號可增加手動干預開關）使得模塊V1閥復位，模塊V1閥2口出氣（S1.2）并傳遞到模塊V2閥進氣口。其結果是當前V1模塊停止輸出，后一步V2模塊產生輸出信號，完成當前V2模塊的輸出，并為后一個模塊做好輸出的準備。

以上為任意2步動作之間的關系，按照此邏輯即把既定動作一步一步傳遞下去；需要說明的是，此種設計針對的是一種純氣動控制系統的設計，所有的信號都是氣壓信號，而且只是氣動控制系統的一部分，用它來控制、驅動外部控制氣缸的閥才能實現要求結果動作。簡單的說，“輸出”是控制系統對外的輸出，輸出氣壓驅動主控閥從而驅動設備運行；“到位/啟動”是外界對控制系統對內的輸入，包括行程開關、按鈕信號燈驅動控制模塊啟動工作；“后一步準備、動作傳遞到后一步”是控制模塊本身的邏輯關系，保證邏輯正常運行。

從圖2可以看出，每一步輸出動作是唯一的，且每一個輸出動作完成后，需本身的到位信號使得本動作控制閥復位后，才能開始下一步動作，這就使得對中間控制啟動/停止有多種方式：比如需連續動作，只需要將信號連接到到位開關信號即可實現；如中間停止后，需要人為驅動按鈕啟動，只需將驅動按鈕與到位開關串聯即可，這樣更方便設計及安裝、調試。

3.2 氣路模塊應用

以兩組氣缸既定順序動作為列，進一步對步進控制模塊設計的應用進行說明，見圖3。其要求為：

（1）目標：兩組氣缸按照既定順序動作工作（分別為A、B）。

（2）動作要求：A夾緊→B夾緊→B打開→B再次夾緊→（工作完成按鈕）B打開→A打開。

（3）說明：根據條件及動作要求，共6個動作，需要6個模塊，一個啟動按鈕、一個工作完成按鈕。

原理動作過程說明：

啟動→模塊一閥換向輸出、模塊二閥換向準備→A組氣缸伸出，1S11檢測到位，輸出信號使得模塊一輸入復位→模塊二輸出、模塊三換向準備→B組氣缸伸出，完成模塊一轉向模塊二的傳遞工作。同理可以依次完成模塊二轉向模塊三、模塊三轉向模塊四等后續模塊的轉向傳遞工作，即也是B組氣缸夾緊、打開工作的傳遞。

需要注意的是：中間過程如需暫停，可增加“工作完成”工藝按鈕，使得上一個模塊信號暫時不下傳，等到需要時驅動此工藝按鈕，動作繼續；最后一個模塊的功能是將信號傳遞到第一個模塊進行下一個循環的準備。

4 結束語

文中提出的設計模塊是在相鄰兩動作之間的邏輯關系的基礎上進行，因此適用于任意有規律順序動作的純氣動控制系統，特別是動作過程多，有重復的動作的控制系統，并具備控制思路清晰，實現簡單，查找故障容易，節省成本的特點。且此模塊化設計是純氣動系統中的邏輯部分標準化，屬控制核心，既有固定邏輯部分，又有可供設計者個性化設計部分，可為設計者提供一種新的設計參考。

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