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(zhǎng)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(jí)法設(shè)計(jì)電氣控制回路，這是由于串級(jí)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(dòng)的工作壓力很大，電控回路的主控元件通常都是一些沒(méi)有記憶功能的普通電磁換向閥，當(dāng)執(zhí)行元件的動(dòng)作步驟過(guò)多時(shí)，為了滿足生產(chǎn)工藝要求，這些普通電磁換向閥的受電時(shí)間有時(shí)很長(zhǎng)，甚至跨越了串級(jí)法設(shè)計(jì)中的多個(gè)級(jí)，給串級(jí)法設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多不便，所以在設(shè)計(jì)液動(dòng)程序電控系統(tǒng)的電氣控制回路時(shí)，經(jīng)驗(yàn)法通常也是一種行之有效的方法。下面對(duì)經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)中遇到的具體問(wèn)題和可優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方法予以討論。

1 經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)中常見的問(wèn)題

對(duì)于多執(zhí)行元件組成的具有多個(gè)動(dòng)作步驟的液動(dòng)程序電控系統(tǒng)，采用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)電氣控制回路時(shí)，通常先參照動(dòng)作步驟的順序，繪制出“位移－時(shí)間步驟圖”。有了“位移－時(shí)間步驟圖”，不僅可以清晰地知道完成每一個(gè)動(dòng)作步驟的電磁換向閥的得電需求，而且也可以知道在動(dòng)作步驟切換過(guò)程中觸擊的發(fā)信元件以及這些發(fā)信元件的發(fā)信點(diǎn)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(dòng)作步驟的“控制狀態(tài)時(shí)序邏輯圖，同時(shí)，依托經(jīng)驗(yàn)，可將各動(dòng)作步驟的“控制狀態(tài)時(shí)序邏輯圖”轉(zhuǎn)換或者復(fù)制成各動(dòng)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(dòng)作步驟的相互關(guān)系，再對(duì)串接起來(lái)的各動(dòng)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(yàn)法設(shè)計(jì)電氣控制回路的過(guò)程中，會(huì)遇到兩個(gè)非常突出的問(wèn)題:

(1)因?yàn)槎鄨?zhí)行元件的動(dòng)作步驟重復(fù)交叉，所以在不同的步序線上，會(huì)出現(xiàn)各個(gè)發(fā)信元件發(fā)出的控制信號(hào)完全相同的現(xiàn)象。也就是說(shuō)，在需要起觸發(fā)動(dòng)作的步序線上，無(wú)論觸發(fā)信號(hào)與該步序線上處于發(fā)信狀態(tài)的其他信號(hào)怎樣組合(通常相“與”)，都會(huì)在兩條步序線上有相同的控制信號(hào)出現(xiàn)，這必然會(huì)在兩條不同的步序線上產(chǎn)生不能允許的重復(fù)動(dòng)作或誤動(dòng)作，發(fā)生因信號(hào)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(huì)遇到長(zhǎng)短不同的各種啟動(dòng)信號(hào)，而且還會(huì)遇到能滿足得電需求的多種關(guān)斷信號(hào)與啟動(dòng)信號(hào)組成的多種控制方式，因此需要一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行擇優(yōu)處理。

2 常見的問(wèn)題優(yōu)化處理方法

2.1 采用干擾隔離法處理因信號(hào)復(fù)現(xiàn)形成的干擾

在經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)中，為了便于觀察和處理在不同的步序線上有無(wú)各發(fā)信元件發(fā)出的控制信號(hào)完全相同的現(xiàn)象，通常可將各發(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(lái)，有控制信號(hào) (也即處發(fā)信狀態(tài))為1，無(wú)控制信號(hào)為0，并稱之為“步序線控制信號(hào)總圖”。例如，在液壓系統(tǒng)中，A缸、B缸和C缸的動(dòng)作步驟為則它們的“步序線控制信號(hào)總圖”如圖1中“位移－時(shí)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(hào)總圖”

圖1中，在2號(hào)步序線和4號(hào)步序線上，所有控制信號(hào)的動(dòng)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(shí)，需要利用c0 啟動(dòng)B－，但是，無(wú)論c0與4號(hào)步序線上處于發(fā)信狀態(tài)的其他控制信號(hào)(a1，b1)怎樣組合，在2號(hào)步序線上都會(huì)有相同的信號(hào)組合提前出現(xiàn)。這就是說(shuō)，在步序線2 上，會(huì)提前啟動(dòng)B－，這顯然干擾和破壞了程序動(dòng)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(dòng)作的4號(hào)步序線上引入一個(gè)隔離繼電器，隔離繼電器的啟動(dòng)信號(hào)是3號(hào)步序線上的c1，關(guān)斷信號(hào)是5號(hào)步序線上的由隔離繼電器組成繼電器自保持電路，將4號(hào)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(hào)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(hào)總圖”

在圖2中，4號(hào)步序線上有了新的處于發(fā)信狀態(tài)的控制信號(hào)K1 后，就可以將4號(hào)步序線上的啟動(dòng)信號(hào)b0 和控制信號(hào)K1組成2號(hào)步序線上沒(méi)有的信號(hào)組合(即將b0與K1 串聯(lián)起來(lái)，組成“與”門電路，作為新的啟動(dòng)信號(hào))，從而可避開因兩條步序線上的控制信號(hào)完全相同而引起的因信號(hào)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(hào)外，在系統(tǒng)中常用來(lái)代替發(fā)信元件(如圖2中的c1)，作為其他動(dòng)作步驟的控制信號(hào)(啟動(dòng)或關(guān)斷信號(hào))使用。

2.2 利用經(jīng)驗(yàn)控制方式滿足主控線圈的得電需求

(1)當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)比主控線圈的得電需求時(shí)間短，通常會(huì)有兩種控制方式:

①當(dāng)有一控制信號(hào)發(fā)生在主控線圈得電需求的關(guān)斷時(shí)序線上，則可用該控制信號(hào)的動(dòng)斷 (常閉)觸點(diǎn)作為關(guān)斷觸點(diǎn)，組成繼電器自保持電路[2]。其“控制狀態(tài)時(shí)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(diǎn)繼電器自保持電路

②當(dāng)有一控制信號(hào)發(fā)生在啟動(dòng)信號(hào)動(dòng)作之前，結(jié)束在主控線圈得電需求的關(guān)斷時(shí)序線上時(shí)，則可用該控制信號(hào)的動(dòng)合(常開)觸點(diǎn)作為關(guān)斷觸點(diǎn)，組成變異的繼電器自保持電路。其“控制狀態(tài)時(shí)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(diǎn)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(dòng)信號(hào)與主控線圈的得電需求時(shí)間相同(即主控線圈的得電需求是啟動(dòng)信號(hào)的全集)時(shí)，則可采用是門電路。其“控制狀態(tài)時(shí)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(shí)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(dòng)信號(hào)比主控線圈的得電需求時(shí)間長(zhǎng)，通常會(huì)有3種控制方式:

①當(dāng)有一控制信號(hào)發(fā)生在主控線圈得電需求的關(guān)斷時(shí)序線上，且該控制信號(hào)的延長(zhǎng)時(shí)間能覆蓋啟動(dòng)信號(hào)長(zhǎng)于主控線圈得電需求的多余部分時(shí)，可用該控制信號(hào)的動(dòng)斷(常閉)觸點(diǎn)與啟動(dòng)信號(hào)組成變異的與門電路。其“控制狀態(tài)時(shí)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(shí)序圖和電控回路

②當(dāng)圖6中的控制信號(hào)不能覆蓋啟動(dòng)信號(hào)長(zhǎng)于主控線圈得電需求的多余部分時(shí)，則需要引入一關(guān)斷繼電器自保持電路。該短控制信號(hào)可作為關(guān)斷繼電器的啟動(dòng)信號(hào)，在得電需求啟動(dòng)信號(hào)結(jié)束后的位置找關(guān)斷繼電器的關(guān)斷信號(hào)，用關(guān)斷繼電器的動(dòng)斷 (常閉)觸點(diǎn)取代圖6中的b1。其“控制狀態(tài)時(shí)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(shí)序圖和電控回路

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

圖8 動(dòng)合(常開)觸點(diǎn)與啟動(dòng)信號(hào)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(jì)液動(dòng)程序電控回路時(shí)，對(duì)于由多執(zhí)行元件組成的液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，采用干擾隔離法處理因信號(hào)復(fù)現(xiàn)形成的干擾問(wèn)題是完全可行和可靠的，采用經(jīng)驗(yàn)法擇優(yōu)處理主控線圈得電需求的控制問(wèn)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(dòng)式機(jī)械手動(dòng)作設(shè)計(jì)[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(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012.