廖傳林，李維楊

(1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北武漢430205;2.武漢長印集團(tuán)，湖北武漢430022)

在程序電氣控制系統(tǒng)中，通常采用串級法設(shè)計電氣控制回路，這是由于串級法不僅有章可循，而且電氣回路便于閱讀。但是在液壓系統(tǒng)中，由于液動的工作壓力很大，電控回路的主控元件通常都是一些沒有記憶功能的普通電磁換向閥，當(dāng)執(zhí)行元件的動作步驟過多時，為了滿足生產(chǎn)工藝要求，這些普通電磁換向閥的受電時間有時很長，甚至跨越了串級法設(shè)計中的多個級，給串級法設(shè)計帶來了很多不便，所以在設(shè)計液動程序電控系統(tǒng)的電氣控制回路時，經(jīng)驗法通常也是一種行之有效的方法。下面對經(jīng)驗法設(shè)計中遇到的具體問題和可優(yōu)化設(shè)計的具體方法予以討論。

1 經(jīng)驗法設(shè)計中常見的問題

對于多執(zhí)行元件組成的具有多個動作步驟的液動程序電控系統(tǒng)，采用經(jīng)驗法設(shè)計電氣控制回路時，通常先參照動作步驟的順序，繪制出“位移－時間步驟圖”。有了“位移－時間步驟圖”，不僅可以清晰地知道完成每一個動作步驟的電磁換向閥的得電需求，而且也可以知道在動作步驟切換過程中觸擊的發(fā)信元件以及這些發(fā)信元件的發(fā)信點和工作狀態(tài)。于是，根據(jù)電磁換向閥的得電需求和發(fā)信元件的工作狀態(tài)，就可以繪制出各動作步驟的“控制狀態(tài)時序邏輯圖，同時，依托經(jīng)驗，可將各動作步驟的“控制狀態(tài)時序邏輯圖”轉(zhuǎn)換或者復(fù)制成各動作步驟的“控制電路”。最后，根據(jù)系統(tǒng)的具體工作狀態(tài)和各動作步驟的相互關(guān)系，再對串接起來的各動作步驟的“電氣控制回路總圖”進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌踩蛢?yōu)化處理[1]。

然而，在采用經(jīng)驗法設(shè)計電氣控制回路的過程中，會遇到兩個非常突出的問題:

(1)因為多執(zhí)行元件的動作步驟重復(fù)交叉，所以在不同的步序線上，會出現(xiàn)各個發(fā)信元件發(fā)出的控制信號完全相同的現(xiàn)象。也就是說，在需要起觸發(fā)動作的步序線上，無論觸發(fā)信號與該步序線上處于發(fā)信狀態(tài)的其他信號怎樣組合(通常相“與”)，都會在兩條步序線上有相同的控制信號出現(xiàn)，這必然會在兩條不同的步序線上產(chǎn)生不能允許的重復(fù)動作或誤動作，發(fā)生因信號復(fù)現(xiàn)形成的干擾。

(2)當(dāng)某一主控線圈的受電需求確定之后，不僅會遇到長短不同的各種啟動信號，而且還會遇到能滿足得電需求的多種關(guān)斷信號與啟動信號組成的多種控制方式，因此需要一定的設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行擇優(yōu)處理。

2 常見的問題優(yōu)化處理方法

2.1 采用干擾隔離法處理因信號復(fù)現(xiàn)形成的干擾

在經(jīng)驗法設(shè)計中，為了便于觀察和處理在不同的步序線上有無各發(fā)信元件發(fā)出的控制信號完全相同的現(xiàn)象，通?？蓪⒏靼l(fā)信元件在各步序線上的工作狀態(tài)用數(shù)字標(biāo)注出來，有控制信號 (也即處發(fā)信狀態(tài))為1，無控制信號為0，并稱之為“步序線控制信號總圖”。例如，在液壓系統(tǒng)中，A缸、B缸和C缸的動作步驟為則它們的“步序線控制信號總圖”如圖1中“位移－時間步驟圖”下部(即a0～c1 橫排數(shù)字)所示。

圖1 引入隔離繼電器前的“步序線控制信號總圖”

圖1中，在2號步序線和4號步序線上，所有控制信號的動作狀態(tài)完全一樣 (即a0、a1、b0、b1、c0、c1 都為0、1、0、1、1、0)，所以當(dāng)運(yùn)行到第4步時，需要利用c0 啟動B－，但是，無論c0與4號步序線上處于發(fā)信狀態(tài)的其他控制信號(a1，b1)怎樣組合，在2號步序線上都會有相同的信號組合提前出現(xiàn)。這就是說，在步序線2 上，會提前啟動B－，這顯然干擾和破壞了程序動作的正常運(yùn)行。

為了阻止這種干擾現(xiàn)象，通常在后面起觸發(fā)動作的4號步序線上引入一個隔離繼電器，隔離繼電器的啟動信號是3號步序線上的c1，關(guān)斷信號是5號步序線上的由隔離繼電器組成繼電器自保持電路，將4號步序線覆蓋。圖1中引入了隔離繼電器K1 后，其“步序線控制信號總圖”如圖2所示。

圖2 引入隔離繼電器后的“步序線控制信號總圖”

在圖2中，4號步序線上有了新的處于發(fā)信狀態(tài)的控制信號K1 后，就可以將4號步序線上的啟動信號b0 和控制信號K1組成2號步序線上沒有的信號組合(即將b0與K1 串聯(lián)起來，組成“與”門電路，作為新的啟動信號)，從而可避開因兩條步序線上的控制信號完全相同而引起的因信號復(fù)現(xiàn)形成的干擾。

需要指出的是，系統(tǒng)引入了隔離繼電器之后，隔離繼電器除了可隔離干擾信號外，在系統(tǒng)中常用來代替發(fā)信元件(如圖2中的c1)，作為其他動作步驟的控制信號(啟動或關(guān)斷信號)使用。

2.2 利用經(jīng)驗控制方式滿足主控線圈的得電需求

(1)當(dāng)啟動信號比主控線圈的得電需求時間短，通常會有兩種控制方式:

①當(dāng)有一控制信號發(fā)生在主控線圈得電需求的關(guān)斷時序線上，則可用該控制信號的動斷 (常閉)觸點作為關(guān)斷觸點，組成繼電器自保持電路[2]。其“控制狀態(tài)時序邏輯圖”和可復(fù)制出的“控制電路”如圖3所示。

圖3 關(guān)斷觸點繼電器自保持電路

②當(dāng)有一控制信號發(fā)生在啟動信號動作之前，結(jié)束在主控線圈得電需求的關(guān)斷時序線上時，則可用該控制信號的動合(常開)觸點作為關(guān)斷觸點，組成變異的繼電器自保持電路。其“控制狀態(tài)時序邏輯圖”和可復(fù)制出的“控制電路”如圖4所示。

圖4 關(guān)斷觸點變異的繼電器自保持電路

圖4中，控制電路的邏輯表達(dá)式為:YE1=K1=(a1+K1)·b1。

(2)當(dāng)啟動信號與主控線圈的得電需求時間相同(即主控線圈的得電需求是啟動信號的全集)時，則可采用是門電路。其“控制狀態(tài)時序邏輯圖”和可復(fù)制出的“控制電路”如圖5所示。

圖5 門電路時序圖和電控回路

圖5中，控制電路的邏輯表達(dá)式為:YE1=a1。

(3)當(dāng)啟動信號比主控線圈的得電需求時間長，通常會有3種控制方式:

①當(dāng)有一控制信號發(fā)生在主控線圈得電需求的關(guān)斷時序線上，且該控制信號的延長時間能覆蓋啟動信號長于主控線圈得電需求的多余部分時，可用該控制信號的動斷(常閉)觸點與啟動信號組成變異的與門電路。其“控制狀態(tài)時序邏輯圖”和可復(fù)制出的“控制電路”如圖6所示。

圖6 變異與門電路時序圖和電控回路

②當(dāng)圖6中的控制信號不能覆蓋啟動信號長于主控線圈得電需求的多余部分時，則需要引入一關(guān)斷繼電器自保持電路。該短控制信號可作為關(guān)斷繼電器的啟動信號，在得電需求啟動信號結(jié)束后的位置找關(guān)斷繼電器的關(guān)斷信號，用關(guān)斷繼電器的動斷 (常閉)觸點取代圖6中的b1。其“控制狀態(tài)時序邏輯圖”和可復(fù)制出的“控制電路”如圖7所示。

圖7 關(guān)斷繼電器的變異與門電路時序圖和電控回路

③當(dāng)有一控制信號發(fā)生在啟動信號動作之前，結(jié)束在主控線圈得電需求的關(guān)斷時序線上(即主控線圈的得電需求是啟動信號與關(guān)斷信號的交集)時，可用該控制信號的動合(常開)觸點與啟動信號組成與門電路[3]。其“控制狀態(tài)時序邏輯圖”和可復(fù)制出的“控制電路”如圖8所示。

圖8 動合(常開)觸點與啟動信號組成的與門電路

圖8中，控制電路的邏輯表達(dá)式為:YE1=a1·b1[4]。

3 結(jié)論

設(shè)計液動程序電控回路時，對于由多執(zhí)行元件組成的液壓系統(tǒng)來說，在長期的生產(chǎn)實踐過程中，采用干擾隔離法處理因信號復(fù)現(xiàn)形成的干擾問題是完全可行和可靠的，采用經(jīng)驗法擇優(yōu)處理主控線圈得電需求的控制問題不僅比較方便也是行之有效的。

【1】朱凌宏.基于PLC的液壓驅(qū)動式機(jī)械手動作設(shè)計[J].機(jī)床與液壓，2011，39(6):79－80，104.

【2】齊占慶，王振臣.電氣控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

【3】閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:人民教育出版社，1981.

【4】廖傳林.液壓傳動與氣動技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012.