林少玲，王翠鳳

(1.福建信息職業(yè)技術(shù)學院自動化工程系； 2.機械工程系，福州 350003)

0 引言

對于多氣缸順序動作電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，一般常用經(jīng)驗法、串級法及移位暫存法進行電氣回路的設(shè)計，但經(jīng)驗法只適用于簡單回路的設(shè)計，對于復雜回路的設(shè)計，不但容易發(fā)生錯誤而且不易發(fā)現(xiàn)錯誤；至于串級法和移位暫存法雖有規(guī)則可循且易于發(fā)現(xiàn)錯誤，但串級法只適用于雙穩(wěn)態(tài)元件(具自保能力的雙電控換向閥)，而移位暫存法則適用于單穩(wěn)態(tài)元件(單電控換向閥)[1]。而本文的邏輯設(shè)計法則提供了程序化、有規(guī)可循的方法，可以降低對設(shè)計技巧及經(jīng)驗的依賴；該方法既適用于單電控或雙電控回路的設(shè)計，也適用于單、雙混合電控回路的設(shè)計。尤其是采用PLC控制時，對階梯圖的設(shè)計，本方法更加適用。

1 邏輯法的設(shè)計思想和方法

串級法為一種控制回路的隔離法，是多氣缸順序動作全氣控回路設(shè)計的一種常用的設(shè)計方法，其主要特征是利用換向閥為信號起轉(zhuǎn)接作用，即利用5/2(或4/2)雙氣控換向閥以階梯方式作順序連接，同時保證在任何時段，只能允許其中一級管路有氣源輸出，而其他各級管路都處于排氣狀態(tài)[2]，如圖1所示。

電氣控制回路的基本組成元素是繼電器，繼電器由線圈、常開觸點和常閉觸點組成，而串級轉(zhuǎn)換氣路中的5/2(或4/2)雙氣控換向閥在功能上與繼電器極其相似，雙氣控換向閥在氣壓作用下使閥芯滑動，導致?lián)Q向，這在功能上相當于線圈通電，就如電磁閥電磁鐵通電一般。而閥芯換向后產(chǎn)生的效果就是氣流通道的通斷，這又如線圈通電后引起相應繼電器通斷一樣，只不過繼電器通斷的是電路，而閥通斷的是氣路[3]。其相似關(guān)系如圖2所示。

(a)二級串級轉(zhuǎn)換氣路

(b)三級串級轉(zhuǎn)換氣路

(c)四級串級轉(zhuǎn)換氣路圖1 各級串級轉(zhuǎn)換氣路

k.常開觸點；常閉觸點圖2 繼電器與雙氣控閥相似性關(guān)系

因此，可利用電—氣相似性原理[4]，結(jié)合串級轉(zhuǎn)換氣路中輸出(管路)對輸入(5/2雙氣控換向閥)的配置演變?yōu)殡姎饪刂苹芈分懈骷夒娫崔D(zhuǎn)換時，輸出(各級電源)與輸入(繼電器常開觸點，常閉觸點)的邏輯關(guān)系，如圖3所示。

(a)二級配置圖

(b)三級配置圖

(c)四級配置圖圖3 邏輯電路輸出與輸入的配置

但是雙氣控換向閥與繼電器二者又不同：控制各級氣源轉(zhuǎn)換的雙氣控換向閥是雙穩(wěn)態(tài)元件(具自保能力)，而電氣回路中控制各級電源轉(zhuǎn)換的繼電器卻是單穩(wěn)態(tài)元件。如何將適用于雙穩(wěn)態(tài)元件的邏輯式子轉(zhuǎn)換為適用于單穩(wěn)態(tài)元件的邏輯方程式，可借助圖4的自保電路求得轉(zhuǎn)換公式[1]。

將圖4的自保電路利用布林代數(shù)式表示，即可求得轉(zhuǎn)換公式：

圖4 自保電路

控制電源換級的元件為單穩(wěn)態(tài)元件(繼電器)，必須增加自保回路?？刂茪飧椎脑瓤梢允请p穩(wěn)態(tài)元件(雙電控換向閥)也可以是單穩(wěn)態(tài)元件(單電控換向閥)。因此，當控制氣缸的雙穩(wěn)態(tài)元件(雙氣控換向閥)欲轉(zhuǎn)換為適用于單穩(wěn)態(tài)元件(單電控換向閥)的邏輯方程式時，假如其控制條件能同時符合下列兩個原則，則不必另增繼電器設(shè)計的自保電路，即可直接將雙穩(wěn)態(tài)的式子更改為單穩(wěn)態(tài)的式子[1]：

原則1：氣壓缸的往復動作，例如B+、B-，在利用串級原則分組后分別被區(qū)分在相鄰的兩組中，例如Ⅰ和Ⅱ，Ⅱ和Ⅲ。

原則2：上述兩個動作中的后一動作，如B-又被區(qū)分在該組的開頭。

2 邏輯設(shè)計法應用

兩個氣缸的動作順序如圖5所示，其中A氣缸采用雙電控換向閥，B氣缸采用單電控換向閥。

圖5 氣缸動作順序圖

2.1 分級

氣缸作為執(zhí)行元件其伸出和縮回由換向閥控制，為避免換向閥的兩端控制信號同時出現(xiàn)，分級時必須將其避開，保證每一氣缸只在該級中出現(xiàn)1次動作。即：同一級中每個英文字母只能出現(xiàn)一次，且組數(shù)愈少愈好。

根據(jù)氣缸的動作順序圖，確定每一個動作所觸發(fā)的信號元件，按照分級原則進行分級，其分級如圖6所示。

圖6 動作順序分級圖

2.2 換級電路設(shè)計

根據(jù)動作順序分組圖作出其時序圖如圖7所示。

圖7 時序圖

說明：當按鈕開關(guān)PB(換級元件)繼電器k1得電并自保，而當觸發(fā)b1(換級元件)時，繼電器k1失電。

依據(jù)雙穩(wěn)態(tài)的邏輯方程轉(zhuǎn)換為適用于單穩(wěn)態(tài)的邏輯方程的轉(zhuǎn)換公式得出該換級電路的邏輯函數(shù)：

2.3 邏輯回路設(shè)計

1)A氣缸采用雙穩(wěn)態(tài)元件(雙電控換向閥)，無須增加自?；芈贰Ｆ渲校?/p>

①A+為第Ⅰ組開頭的第一個動作，故其邏輯式子為：A+=Ⅰ。

②A-屬于第Ⅱ組，但必須B缸后退作動b0時才被驅(qū)動，故其邏輯式子為：A-=Ⅱ?b0

2)B氣缸雖然采用單穩(wěn)態(tài)元件(單電控換向閥)，但因其滿足轉(zhuǎn)換的判定原則，因此，無須增加自?；芈?。其中：

①B+屬于第Ⅰ組，但必須A缸前進作動a1時才被驅(qū)動，故其邏輯式子為：B+=I?a1。

②B-為第II組開頭的第一個動作，故其邏輯式子為：B-=Ⅱ。

整理電氣回路的邏輯式子如下：

B(±)=Ⅰ·a1=k1·a1。

因此，將上述邏輯式子轉(zhuǎn)換為電氣控制回路，如圖8所示，經(jīng)FluidSIM_P仿真和實驗平臺調(diào)試運行，驗證滿足其動作順序。

圖8 氣缸順序動作控制回路圖

3 結(jié)語

本文利用了電—氣相似性原理，將全氣控串級法中氣路轉(zhuǎn)換時，輸出(氣路)對輸入(5/2雙氣控換向閥)的配置演變?yōu)殡姎饪刂苹芈分懈骷夒娫崔D(zhuǎn)換時，輸出(各級電源)與輸入(繼電器常開觸點，常閉觸點)的邏輯關(guān)系，并利用布林代數(shù)與單穩(wěn)態(tài)元件(繼電器、單電控換向閥)的自保回路，將適用于雙穩(wěn)態(tài)元件的邏輯式子轉(zhuǎn)換為適用于單穩(wěn)態(tài)元件的邏輯方程式，并通過實例驗證了該方法有效可行，可實現(xiàn)單電控、雙電控或混控的復雜系統(tǒng)電氣回路的設(shè)計。