宋志剛

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055）

隨著現(xiàn)代機(jī)電液氣一體化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)多動(dòng)作電氣動(dòng)控制回路的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，設(shè)計(jì)者需要綜合掌握機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)等各種技術(shù)．為此，筆者在對(duì)德國(guó)費(fèi)斯托公司MTS氣動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備進(jìn)行教學(xué)研究的過(guò)程中，對(duì)電氣動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)控制進(jìn)行了研究和分析，得出了一種有規(guī)律可循的步進(jìn)控制模式．

1 電氣動(dòng)程序步進(jìn)控制模式

電氣動(dòng)程序步進(jìn)控制模式主要分為2部分，一部分為根據(jù)順序動(dòng)作觸發(fā)的控制條件采用的中間繼電器和檢測(cè)氣缸伸出或縮回位置的傳感器而形成的輸入模式，如圖1所示；另一部分為控制氣缸伸出縮回動(dòng)作的輸出模式，主要控制氣缸換向電磁閥的得電，如圖2所示．

圖1 步進(jìn)輸入控制模式

圖1中，K1，K2，…，Kn等為中間繼電器的線圈及常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)；S1，S2，…，Sn等為氣缸伸出或縮回的觸發(fā)條件，也即為第2個(gè)、…、n個(gè)動(dòng)作的觸發(fā)條件．啟動(dòng)條件一般為按鈕開(kāi)關(guān)，這也是第一步動(dòng)作觸發(fā)與后面動(dòng)作觸發(fā)不同之處[1]；S1一般為程序啟動(dòng)的初始條件或下一次循環(huán)的條件（即自動(dòng)循環(huán)模式）．只有啟動(dòng)條件和初始條件全部滿足才能驅(qū)動(dòng)第一個(gè)動(dòng)作．K2常閉觸點(diǎn)是為了保證開(kāi)始第二個(gè)動(dòng)作前切斷第一個(gè)動(dòng)作，這樣確保每次只進(jìn)行一個(gè)動(dòng)作，動(dòng)作與動(dòng)作之間互不干涉．最后一個(gè)動(dòng)作用K1常閉觸點(diǎn)切斷，這樣整個(gè)動(dòng)作就形成了一個(gè)往復(fù)循環(huán)動(dòng)作．如果一個(gè)電氣動(dòng)程序控制系統(tǒng)的要求為A+B+B-A-（A、B為氣缸，+表示氣缸伸出，-表示氣缸縮回）[2]，則整個(gè)程序有4步，則n=4，需要用到4個(gè)中間繼電器．

圖2 步進(jìn)輸出控制模式

圖2所示中，YA1，YM1等代表氣缸A到M的單電控電磁閥線圈．而Ka，Kb，Kc，Kd，Kn等分別代表步進(jìn)輸入控制模式中各個(gè)中間繼電器K1，K2至Kn-1，Kn的常開(kāi)觸點(diǎn)．以上述電氣動(dòng)控制系統(tǒng)A+B+B-A-為例，因?yàn)橹挥?個(gè)氣缸需要控制，則只需要2個(gè)兩位五通單電控電磁閥YA1和YB1來(lái)控制氣缸A、B的伸出和縮回（假設(shè)氣缸A、B初始位置均處于縮回狀態(tài)，YA1，YB1得電使氣缸伸出），共4步，其中A+伸出在第一步，而A-縮回在第四步，也就是說(shuō)電磁閥YA1需在前面3步都需通電，故Ka、Kb、Kn需分別用中間繼電器K1，K2，K3的常開(kāi)觸點(diǎn)K1，K2，K3來(lái)代入；而B(niǎo)+伸出在第二步，B-縮回在第三步，故Kc，Kd，Kn只需用第二步動(dòng)作觸發(fā)條件的中間繼電器K2的常開(kāi)觸點(diǎn)K2代入即可．

2 應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例

以一銑床夾持器加工鋁工件端面的電氣動(dòng)程序控制系統(tǒng)裝置來(lái)驗(yàn)證步進(jìn)控制模式[3]．圖3所示為銑床夾持器裝置簡(jiǎn)圖，銑床夾持器工作過(guò)程為氣缸A伸出將從重力進(jìn)給物料倉(cāng)下來(lái)的工件推入到夾定裝置內(nèi)，氣缸B伸出夾緊工件，氣壓-油壓進(jìn)給單元C伸出產(chǎn)生夾定裝置的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，銑刀銑削鋁工件端面并在銑削操作完畢時(shí)由頂出氣缸D伸出頂出工件，氣壓-油壓進(jìn)給單元C縮回再使夾定裝置回至起始位置，銑床夾持器的位移一步驟圖如圖4所示，從圖4位移-步驟圖可以看出銑床夾持器完成一個(gè)完成的工作循環(huán)的動(dòng)作順序?yàn)椋篈+B+A-C+B-D+D-C-．銑床夾持器工作流程圖如圖5所示．

圖3 銑床夾持器裝置簡(jiǎn)圖

圖4 銑床夾持器裝置的位移-步驟圖

圖5 銑床夾持器工作流程圖

圖5中，啟動(dòng)條件1s1為按鈕開(kāi)關(guān)，a0，a1，b0，b1，c0，c1，d0，d1為氣缸的磁性開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)氣缸活塞的位置，其中1表示氣缸活塞處于伸出位置，0表示氣缸活塞處于縮回位置，如a1表示氣缸A伸出到位的檢測(cè)信號(hào)，為下一動(dòng)作B+的觸發(fā)條件．氣缸磁性開(kāi)關(guān)下的S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7分別對(duì)應(yīng)圖2中的條件S1至Sn．

按照前述電氣動(dòng)程序步進(jìn)控制模式的要求，可以非常方便的設(shè)計(jì)出銑床夾持器裝置的電氣-氣動(dòng)程序，電氣動(dòng)控制回路一般包括氣動(dòng)回路和電氣控制回路兩部分，氣動(dòng)回路一般指動(dòng)力部分，電氣回路指控制部分[4]．氣動(dòng)回路圖如圖6所示，電氣控制回路圖如圖7所示．

圖6所示銑床夾持器氣動(dòng)回路圖中，0Z1表示氣源；0Z2表示氣動(dòng)二聯(lián)件[5]；A，B，C，D表示單活塞桿雙作用氣缸；YA1，YB1，YC1，YD1表示控制氣缸A，B，C，D的2位五通單電控電磁閥；1V1，1V2，2V1，2V2，3V1，3V2、4V1，4V2表示控制氣缸A，B，C，D伸出和縮回速度的單向可調(diào)節(jié)流閥；A0，A1，B0，B1，C0，C1，D0，D1表示檢測(cè)氣缸A，B，C，D活塞位置的磁性開(kāi)關(guān)，表示氣缸縮回或伸出到位．

圖6 銑床夾持器氣動(dòng)回路圖

圖7 銑床夾持器電氣控制回路圖

圖7所示銑床夾持器電氣控制回路中，銑床夾持器的一個(gè)工作循環(huán)的步驟為A+B+A-C+B-D+D-C-，共8步，中間繼電器K需用8個(gè)，n=8，有4個(gè)氣缸，電磁閥線圈需用4個(gè)，分別為YA1，YB1，YC1，YD1．因?yàn)锳+在第一個(gè)動(dòng)作，而A-在第三個(gè)動(dòng)作，故YA1需用中間繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)K1，K2來(lái)驅(qū)動(dòng)；而B(niǎo)+在第二步，B-在第五步，故YB1需用中間繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)K2，K3，K4來(lái)驅(qū)動(dòng)；而C+在第四個(gè)動(dòng)作，C-在第八個(gè)動(dòng)作，故YC1需用中間繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)K4，K5，K6，K7來(lái)驅(qū)動(dòng)；D+在第六步，而D-在第七步，故YD1只需用中間繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)K6來(lái)驅(qū)動(dòng)即可．

該種電氣動(dòng)程序系統(tǒng)步進(jìn)控制模式簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)速度快，動(dòng)作準(zhǔn)確，可為應(yīng)用PLC編程提供理論依據(jù)．

[1] 紀(jì)宏．液壓系統(tǒng)電動(dòng)步進(jìn)控制模式分析[J]．流體傳動(dòng)與控制，2005（3）：45-47．

[2] 左建民．液壓與氣壓傳動(dòng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997．

[3] 杜方輝，盛小明．由組合氣缸驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手雙爪差動(dòng)平移夾持器[J]．液壓與氣動(dòng)，2012（8）：35-37．

[4] 朱梅，朱光力．液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007．

[5] 陸鑫盛，周洪．氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[M]．上海：上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社，2000．