气动控制回路步进动作控制模块化设计

代巍　郑武

摘 要：文章针对纯气动控制系统设计方面提出一种设计方法，即步进动作控制模块化设计，其设计具备控制思路清晰，实现简单，查找故障容易，节省成本等特点，且易于扩展，系统可靠，并使得气动逻辑简单化、标准化；并以一实例对其设计方法进行表述说明，其方法可为气动控制系统设计提供一种设计思路及参考。

关键词：控制回路；步进动作；模块化设计；标准化

中图分类号：TH138.7 文献标志码：A 文章编号：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

在汽车生产线中，纯气控控制系统因具备价格低、性能可靠等优点，深受生产线设计者的青睐，因此在控制系统中普遍的应用存在。一个优良的纯气动控制系统比较复杂，其设计需要考虑很多因素，比如安全性、操作便利性、易读懂及维护等要求，因此要求设计者需具备较强的专业知识，清晰的设计思路，以及一定的设计、现场经验。因此，文中针对气控顺序动作控制系统提出一种步进动作模块化设计方法，为设计者提供一种新的设计参考。

1 步进动作模块化

步进动作，就是按照规定的动作关系一步一步工作；模块化即把每个动作的控制逻辑关系按照固定的形式固化下来，形成一个模块，根据动作的多少选取模块。使得顺序控制系统具备：设计简单、故障排除容易、且容易进行生产线的改造及扩展特点。

2 气动控制系统组成

气动控制系统由输入、输出、逻辑三大系统组成；三者间关系为，输入系统通过逻辑系统来实现输出系统要求的相关动作，见图1：

（1）输入系统为控制系统外部对模块的信号输入，包

括行程开关信号、按钮开关信号、计数器信号、感应器信号等等，也可以是这些信号的组合，主要作用是检测是否到位、是否确认等。

（2）输出系统为控制系统模块对外的信号输出，为气压信号，主要作用的对主控阀驱动，从而驱动外部设备的运动。

（3）逻辑系统为内部传递信号，作用是实现输入与输出之间的信息传递。

输入，输出系统一般固定不变，搭接它们间的桥梁就是逻辑系统，因此逻辑系统设计的好坏，决定着输出系统是否实现要求的顺序动作，文中所涉及就是此逻辑系统设计模块标准工作。

3 设计原理

设计思路，将每一个顺序动作的逻辑设计成一个独立标准模块，其逻辑控制系统由多个独立模块组成，它们间通过逻辑信号连接，从而组成一个整体的独立逻辑控制系统，在设计过程中，只需根据实际动作将标准化模块进行简单的增减即可。

3.1 气路模块设计

原理设计思路：（1）选取任意相邻的2个动作；（2）动

作传递（周而复始）：前一步动作→后一步准备→前一步到位后复位→后一步动作；（3）每一步都有逻辑关系开关（比如按钮、现场行程开关等）；涉及元件：二位五通阀、到位开关、接头、气管等。设计其模块原理，见图2。

S02为前一模块输出信号（当前模块准备信号）；S0.2为前一模块动作到位输出信号；S1为当前模块动作到位信号；S1.1为当前模块输出信号；S1.2为当前模块复位信号（动作传递到后一模块信号）；S12为后一模块准备信号；其工作原理：

（1）前一模块输出准备（S02）和动作传递（S0.2）后，二位五通阀模块V1换向，模块V1阀4口出气（S1.1输出），且信号准备输出（S12），模块V2阀换向。其结果是当前V1模块输出气压信号，当前所控制的设备动作，且为后一步做好输出的准备，但此时V2无输出。

（2）当V1模块动作到位，到位信号（S1）（此信号可增加手动干预开关）使得模块V1阀复位，模块V1阀2口出气（S1.2）并传递到模块V2阀进气口。其结果是当前V1模块停止输出，后一步V2模块产生输出信号，完成当前V2模块的输出，并为后一个模块做好输出的准备。

以上为任意2步动作之间的关系，按照此逻辑即把既定动作一步一步传递下去；需要说明的是，此种设计针对的是一种纯气动控制系统的设计，所有的信号都是气压信号，而且只是气动控制系统的一部分，用它来控制、驱动外部控制气缸的阀才能实现要求结果动作。简单的说，“输出”是控制系统对外的输出，输出气压驱动主控阀从而驱动设备运行；“到位/启动”是外界对控制系统对内的输入，包括行程开关、按钮信号灯驱动控制模块启动工作；“后一步准备、动作传递到后一步”是控制模块本身的逻辑关系，保证逻辑正常运行。

从图2可以看出，每一步输出动作是唯一的，且每一个输出动作完成后，需本身的到位信号使得本动作控制阀复位后，才能开始下一步动作，这就使得对中间控制启动/停止有多种方式：比如需连续动作，只需要将信号连接到到位开关信号即可实现；如中间停止后，需要人为驱动按钮启动，只需将驱动按钮与到位开关串联即可，这样更方便设计及安装、调试。

3.2 气路模块应用

以两组气缸既定顺序动作为列，进一步对步进控制模块设计的应用进行说明，见图3。其要求为：

（1）目标：两组气缸按照既定顺序动作工作（分别为A、B）。

（2）动作要求：A夹紧→B夹紧→B打开→B再次夹紧→（工作完成按钮）B打开→A打开。

（3）说明：根据条件及动作要求，共6个动作，需要6个模块，一个启动按钮、一个工作完成按钮。

原理动作过程说明：

启动→模块一阀换向输出、模块二阀换向准备→A组气缸伸出，1S11检测到位，输出信号使得模块一输入复位→模块二输出、模块三换向准备→B组气缸伸出，完成模块一转向模块二的传递工作。同理可以依次完成模块二转向模块三、模块三转向模块四等后续模块的转向传递工作，即也是B组气缸夹紧、打开工作的传递。

需要注意的是：中间过程如需暂停，可增加“工作完成”工艺按钮，使得上一个模块信号暂时不下传，等到需要时驱动此工艺按钮，动作继续；最后一个模块的功能是将信号传递到第一个模块进行下一个循环的准备。

4 结束语

文中提出的设计模块是在相邻两动作之间的逻辑关系的基础上進行，因此适用于任意有规律顺序动作的纯气动控制系统，特别是动作过程多，有重复的动作的控制系统，并具备控制思路清晰，实现简单，查找故障容易，节省成本的特点。且此模块化设计是纯气动系统中的逻辑部分标准化，属控制核心，既有固定逻辑部分，又有可供设计者个性化设计部分，可为设计者提供一种新的设计参考。

参考文献：

[1]徐文灿，刘韩钧.气动元件及系统设计[M].北京：机械工业出版社，1995.

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