液压传动程序电气控制经验设计法优化分析

2013-03-20廖传林李维杨

机床与液压 2013年8期

廖传林，李维杨

(1.武汉软件工程职业学院，湖北武汉430205;2.武汉长印集团，湖北武汉430022)

在程序电气控制系统中，通常采用串级法设计电气控制回路，这是由于串级法不仅有章可循，而且电气回路便于阅读。但是在液压系统中，由于液动的工作压力很大，电控回路的主控元件通常都是一些没有记忆功能的普通电磁换向阀，当执行元件的动作步骤过多时，为了满足生产工艺要求，这些普通电磁换向阀的受电时间有时很长，甚至跨越了串级法设计中的多个级，给串级法设计带来了很多不便，所以在设计液动程序电控系统的电气控制回路时，经验法通常也是一种行之有效的方法。下面对经验法设计中遇到的具体问题和可优化设计的具体方法予以讨论。

1 经验法设计中常见的问题

对于多执行元件组成的具有多个动作步骤的液动程序电控系统，采用经验法设计电气控制回路时，通常先参照动作步骤的顺序，绘制出“位移－时间步骤图”。有了“位移－时间步骤图”，不仅可以清晰地知道完成每一个动作步骤的电磁换向阀的得电需求，而且也可以知道在动作步骤切换过程中触击的发信元件以及这些发信元件的发信点和工作状态。于是，根据电磁换向阀的得电需求和发信元件的工作状态，就可以绘制出各动作步骤的“控制状态时序逻辑图，同时，依托经验，可将各动作步骤的“控制状态时序逻辑图”转换或者复制成各动作步骤的“控制电路”。最后，根据系统的具体工作状态和各动作步骤的相互关系，再对串接起来的各动作步骤的“电气控制回路总图”进行适当的安全和优化处理[1]。

然而，在采用经验法设计电气控制回路的过程中，会遇到两个非常突出的问题:

(1)因为多执行元件的动作步骤重复交叉，所以在不同的步序线上，会出现各个发信元件发出的控制信号完全相同的现象。也就是说，在需要起触发动作的步序线上，无论触发信号与该步序线上处于发信状态的其他信号怎样组合(通常相“与”)，都会在两条步序线上有相同的控制信号出现，这必然会在两条不同的步序线上产生不能允许的重复动作或误动作，发生因信号复现形成的干扰。

(2)当某一主控线圈的受电需求确定之后，不仅会遇到长短不同的各种启动信号，而且还会遇到能满足得电需求的多种关断信号与启动信号组成的多种控制方式，因此需要一定的设计经验进行择优处理。

2 常见的问题优化处理方法

2.1 采用干扰隔离法处理因信号复现形成的干扰

在经验法设计中，为了便于观察和处理在不同的步序线上有无各发信元件发出的控制信号完全相同的现象，通常可将各发信元件在各步序线上的工作状态用数字标注出来，有控制信号 (也即处发信状态)为1，无控制信号为0，并称之为“步序线控制信号总图”。例如，在液压系统中，A缸、B缸和C缸的动作步骤为则它们的“步序线控制信号总图”如图1中“位移－时间步骤图”下部(即a0～c1 横排数字)所示。

图1 引入隔离继电器前的“步序线控制信号总图”

图1中，在2号步序线和4号步序线上，所有控制信号的动作状态完全一样 (即a0、a1、b0、b1、c0、c1 都为0、1、0、1、1、0)，所以当运行到第4步时，需要利用c0 启动B－，但是，无论c0与4号步序线上处于发信状态的其他控制信号(a1，b1)怎样组合，在2号步序线上都会有相同的信号组合提前出现。这就是说，在步序线2 上，会提前启动B－，这显然干扰和破坏了程序动作的正常运行。

为了阻止这种干扰现象，通常在后面起触发动作的4号步序线上引入一个隔离继电器，隔离继电器的启动信号是3号步序线上的c1，关断信号是5号步序线上的由隔离继电器组成继电器自保持电路，将4号步序线覆盖。图1中引入了隔离继电器K1 后，其“步序线控制信号总图”如图2所示。

图2 引入隔离继电器后的“步序线控制信号总图”

在图2中，4号步序线上有了新的处于发信状态的控制信号K1 后，就可以将4号步序线上的启动信号b0 和控制信号K1组成2号步序线上没有的信号组合(即将b0与K1 串联起来，组成“与”门电路，作为新的启动信号)，从而可避开因两条步序线上的控制信号完全相同而引起的因信号复现形成的干扰。

需要指出的是，系统引入了隔离继电器之后，隔离继电器除了可隔离干扰信号外，在系统中常用来代替发信元件(如图2中的c1)，作为其他动作步骤的控制信号(启动或关断信号)使用。

2.2 利用经验控制方式满足主控线圈的得电需求

(1)当启动信号比主控线圈的得电需求时间短，通常会有两种控制方式:

①当有一控制信号发生在主控线圈得电需求的关断时序线上，则可用该控制信号的动断 (常闭)触点作为关断触点，组成继电器自保持电路[2]。其“控制状态时序逻辑图”和可复制出的“控制电路”如图3所示。

图3 关断触点继电器自保持电路

②当有一控制信号发生在启动信号动作之前，结束在主控线圈得电需求的关断时序线上时，则可用该控制信号的动合(常开)触点作为关断触点，组成变异的继电器自保持电路。其“控制状态时序逻辑图”和可复制出的“控制电路”如图4所示。

图4 关断触点变异的继电器自保持电路

图4中，控制电路的逻辑表达式为:YE1=K1=(a1+K1)·b1。

(2)当启动信号与主控线圈的得电需求时间相同(即主控线圈的得电需求是启动信号的全集)时，则可采用是门电路。其“控制状态时序逻辑图”和可复制出的“控制电路”如图5所示。

图5 门电路时序图和电控回路

图5中，控制电路的逻辑表达式为:YE1=a1。

(3)当启动信号比主控线圈的得电需求时间长，通常会有3种控制方式:

①当有一控制信号发生在主控线圈得电需求的关断时序线上，且该控制信号的延长时间能覆盖启动信号长于主控线圈得电需求的多余部分时，可用该控制信号的动断(常闭)触点与启动信号组成变异的与门电路。其“控制状态时序逻辑图”和可复制出的“控制电路”如图6所示。

图6 变异与门电路时序图和电控回路

②当图6中的控制信号不能覆盖启动信号长于主控线圈得电需求的多余部分时，则需要引入一关断继电器自保持电路。该短控制信号可作为关断继电器的启动信号，在得电需求启动信号结束后的位置找关断继电器的关断信号，用关断继电器的动断 (常闭)触点取代图6中的b1。其“控制状态时序逻辑图”和可复制出的“控制电路”如图7所示。