氣動(dòng)控制回路步進(jìn)動(dòng)作控制模塊化設(shè)計(jì)

代巍　鄭武

摘 要：文章針對(duì)純氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面提出一種設(shè)計(jì)方法，即步進(jìn)動(dòng)作控制模塊化設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)具備控制思路清晰，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，查找故障容易，節(jié)省成本等特點(diǎn)，且易于擴(kuò)展，系統(tǒng)可靠，并使得氣動(dòng)邏輯簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化；并以一實(shí)例對(duì)其設(shè)計(jì)方法進(jìn)行表述說明，其方法可為氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一種設(shè)計(jì)思路及參考。

關(guān)鍵詞：控制回路；步進(jìn)動(dòng)作；模塊化設(shè)計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類號(hào)：TH138.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(chǎn)線中，純氣控控制系統(tǒng)因具備價(jià)格低、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，深受生產(chǎn)線設(shè)計(jì)者的青睞，因此在控制系統(tǒng)中普遍的應(yīng)用存在。一個(gè)優(yōu)良的純氣動(dòng)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，其設(shè)計(jì)需要考慮很多因素，比如安全性、操作便利性、易讀懂及維護(hù)等要求，因此要求設(shè)計(jì)者需具備較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)，清晰的設(shè)計(jì)思路，以及一定的設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。因此，文中針對(duì)氣控順序動(dòng)作控制系統(tǒng)提出一種步進(jìn)動(dòng)作模塊化設(shè)計(jì)方法，為設(shè)計(jì)者提供一種新的設(shè)計(jì)參考。

1 步進(jìn)動(dòng)作模塊化

步進(jìn)動(dòng)作，就是按照規(guī)定的動(dòng)作關(guān)系一步一步工作；模塊化即把每個(gè)動(dòng)作的控制邏輯關(guān)系按照固定的形式固化下來，形成一個(gè)模塊，根據(jù)動(dòng)作的多少選取模塊。使得順序控制系統(tǒng)具備：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、故障排除容易、且容易進(jìn)行生產(chǎn)線的改造及擴(kuò)展特點(diǎn)。

2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)組成

氣動(dòng)控制系統(tǒng)由輸入、輸出、邏輯三大系統(tǒng)組成；三者間關(guān)系為，輸入系統(tǒng)通過邏輯系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)輸出系統(tǒng)要求的相關(guān)動(dòng)作，見圖1：

（1）輸入系統(tǒng)為控制系統(tǒng)外部對(duì)模塊的信號(hào)輸入，包

括行程開關(guān)信號(hào)、按鈕開關(guān)信號(hào)、計(jì)數(shù)器信號(hào)、感應(yīng)器信號(hào)等等，也可以是這些信號(hào)的組合，主要作用是檢測(cè)是否到位、是否確認(rèn)等。

（2）輸出系統(tǒng)為控制系統(tǒng)模塊對(duì)外的信號(hào)輸出，為氣壓信號(hào)，主要作用的對(duì)主控閥驅(qū)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的運(yùn)動(dòng)。

（3）邏輯系統(tǒng)為內(nèi)部傳遞信號(hào)，作用是實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的信息傳遞。

輸入，輸出系統(tǒng)一般固定不變，搭接它們間的橋梁就是邏輯系統(tǒng)，因此邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，決定著輸出系統(tǒng)是否實(shí)現(xiàn)要求的順序動(dòng)作，文中所涉及就是此邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊標(biāo)準(zhǔn)工作。

3 設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)思路，將每一個(gè)順序動(dòng)作的邏輯設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)模塊，其邏輯控制系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立模塊組成，它們間通過邏輯信號(hào)連接，從而組成一個(gè)整體的獨(dú)立邏輯控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程中，只需根據(jù)實(shí)際動(dòng)作將標(biāo)準(zhǔn)化模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的增減即可。

3.1 氣路模塊設(shè)計(jì)

原理設(shè)計(jì)思路：（1）選取任意相鄰的2個(gè)動(dòng)作；（2）動(dòng)

作傳遞（周而復(fù)始）：前一步動(dòng)作→后一步準(zhǔn)備→前一步到位后復(fù)位→后一步動(dòng)作；（3）每一步都有邏輯關(guān)系開關(guān)（比如按鈕、現(xiàn)場(chǎng)行程開關(guān)等）；涉及元件：二位五通閥、到位開關(guān)、接頭、氣管等。設(shè)計(jì)其模塊原理，見圖2。

S02為前一模塊輸出信號(hào)（當(dāng)前模塊準(zhǔn)備信號(hào)）；S0.2為前一模塊動(dòng)作到位輸出信號(hào)；S1為當(dāng)前模塊動(dòng)作到位信號(hào)；S1.1為當(dāng)前模塊輸出信號(hào)；S1.2為當(dāng)前模塊復(fù)位信號(hào)（動(dòng)作傳遞到后一模塊信號(hào)）；S12為后一模塊準(zhǔn)備信號(hào)；其工作原理：

（1）前一模塊輸出準(zhǔn)備（S02）和動(dòng)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(hào)準(zhǔn)備輸出（S12），模塊V2閥換向。其結(jié)果是當(dāng)前V1模塊輸出氣壓信號(hào)，當(dāng)前所控制的設(shè)備動(dòng)作，且為后一步做好輸出的準(zhǔn)備，但此時(shí)V2無輸出。

（2）當(dāng)V1模塊動(dòng)作到位，到位信號(hào)（S1）（此信號(hào)可增加手動(dòng)干預(yù)開關(guān)）使得模塊V1閥復(fù)位，模塊V1閥2口出氣（S1.2）并傳遞到模塊V2閥進(jìn)氣口。其結(jié)果是當(dāng)前V1模塊停止輸出，后一步V2模塊產(chǎn)生輸出信號(hào)，完成當(dāng)前V2模塊的輸出，并為后一個(gè)模塊做好輸出的準(zhǔn)備。

以上為任意2步動(dòng)作之間的關(guān)系，按照此邏輯即把既定動(dòng)作一步一步傳遞下去；需要說明的是，此種設(shè)計(jì)針對(duì)的是一種純氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所有的信號(hào)都是氣壓信號(hào)，而且只是氣動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，用它來控制、驅(qū)動(dòng)外部控制氣缸的閥才能實(shí)現(xiàn)要求結(jié)果動(dòng)作。簡(jiǎn)單的說，“輸出”是控制系統(tǒng)對(duì)外的輸出，輸出氣壓驅(qū)動(dòng)主控閥從而驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行；“到位/啟動(dòng)”是外界對(duì)控制系統(tǒng)對(duì)內(nèi)的輸入，包括行程開關(guān)、按鈕信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)控制模塊啟動(dòng)工作；“后一步準(zhǔn)備、動(dòng)作傳遞到后一步”是控制模塊本身的邏輯關(guān)系，保證邏輯正常運(yùn)行。

從圖2可以看出，每一步輸出動(dòng)作是唯一的，且每一個(gè)輸出動(dòng)作完成后，需本身的到位信號(hào)使得本動(dòng)作控制閥復(fù)位后，才能開始下一步動(dòng)作，這就使得對(duì)中間控制啟動(dòng)/停止有多種方式：比如需連續(xù)動(dòng)作，只需要將信號(hào)連接到到位開關(guān)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)；如中間停止后，需要人為驅(qū)動(dòng)按鈕啟動(dòng)，只需將驅(qū)動(dòng)按鈕與到位開關(guān)串聯(lián)即可，這樣更方便設(shè)計(jì)及安裝、調(diào)試。

3.2 氣路模塊應(yīng)用

以兩組氣缸既定順序動(dòng)作為列，進(jìn)一步對(duì)步進(jìn)控制模塊設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行說明，見圖3。其要求為：

（1）目標(biāo)：兩組氣缸按照既定順序動(dòng)作工作（分別為A、B）。

（2）動(dòng)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(jù)條件及動(dòng)作要求，共6個(gè)動(dòng)作，需要6個(gè)模塊，一個(gè)啟動(dòng)按鈕、一個(gè)工作完成按鈕。

原理動(dòng)作過程說明：

啟動(dòng)→模塊一閥換向輸出、模塊二閥換向準(zhǔn)備→A組氣缸伸出，1S11檢測(cè)到位，輸出信號(hào)使得模塊一輸入復(fù)位→模塊二輸出、模塊三換向準(zhǔn)備→B組氣缸伸出，完成模塊一轉(zhuǎn)向模塊二的傳遞工作。同理可以依次完成模塊二轉(zhuǎn)向模塊三、模塊三轉(zhuǎn)向模塊四等后續(xù)模塊的轉(zhuǎn)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(gè)模塊信號(hào)暫時(shí)不下傳，等到需要時(shí)驅(qū)動(dòng)此工藝按鈕，動(dòng)作繼續(xù)；最后一個(gè)模塊的功能是將信號(hào)傳遞到第一個(gè)模塊進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的準(zhǔn)備。

4 結(jié)束語

文中提出的設(shè)計(jì)模塊是在相鄰兩動(dòng)作之間的邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此適用于任意有規(guī)律順序動(dòng)作的純氣動(dòng)控制系統(tǒng)，特別是動(dòng)作過程多，有重復(fù)的動(dòng)作的控制系統(tǒng)，并具備控制思路清晰，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，查找故障容易，節(jié)省成本的特點(diǎn)。且此模塊化設(shè)計(jì)是純氣動(dòng)系統(tǒng)中的邏輯部分標(biāo)準(zhǔn)化，屬控制核心，既有固定邏輯部分，又有可供設(shè)計(jì)者個(gè)性化設(shè)計(jì)部分，可為設(shè)計(jì)者提供一種新的設(shè)計(jì)參考。

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