自动化生产线气动回路的电气动控制

液压与气动技术第二讲气动回路的电气动控制教学内容：•电气控制的基本知识•电气回路图绘图原则•基本电气回路（重点）•电气动程序回路设计（难点）电气-气动控制系统主要是控制电磁阀的换向，其特点是响应快，动作准确，在气动自动化应用中相当广泛。电气-气动控制回路图包括气动回路和电气回路两部分。气动回路一般指动力部分，电气回路则为控制部分。通常在设计电气回路之前，一定要先设计出气动回路，按照动力系统的要求，选择采用何种形式的电磁阀来控制气动执行件的运动，从而设计电气回路。在设计中气动回路图和电气回路图必须分开绘制。在整个系统设计中，气动回路图按照习惯放置于电气回路图的上方或左侧。本章主要介绍有关电气控制的基本知识及常用电气回路的设计。0.绪论电气控制回路主要由按钮开关、行程开关、继电器及其触点、电磁铁线圈等组成。通过按钮或行程开关使电磁铁通电或断电，控制触点接通或断开被控制的主回路，这种回路也称为继电器控制回路。电路中的触点有常开触点和常闭触点。1、常用电气元件基本符号１．控制继电器控制继电器是一种当输入量变化到一定值时，电磁铁线圈通电励磁，吸合或断开触点，接通或断开交、直流小容量控制电路中的自动化电器。它被广泛应用于电力拖动、程序控制、自动调节与自动检测系统中。控制继电器种类繁多，常用的有电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器、温度继电器等。在电气-气动控制系统中常用的是中间继电器和时间继电器。图13-1所示为中间继电器的外形图。1、常用电气元件基本符号图13-1中间继电器外形图图13-2中间继电器原理图1、常用电气元件基本符号（１）中间继电器（Relay）中间继电器由一个线圈、一个铁芯、衔铁、复位弹簧、一组触点及端子组成，如图13-2所示，由线圈产生的磁场来接通或断开触点。当继电器线圈流过电流时，衔铁就会在电磁吸力的作用下克服弹簧压力，使常闭触点断开，常开触点闭合；当继电器线圈无电流时，电磁力消失，衔铁在返回弹簧的作用下复位，使常闭触点闭合，常开触点打开，图13-3为其线圈及触点符号。继电器线圈消耗电力很小，故用很小的电流通过线圈即可使电磁铁激磁，而其控制的触点，可通过相当大的电压电流，此乃所谓继电器触点的容量放大机能。1、常用电气元件基本符号图13-3继电器线圈及触点符号1、常用电气元件基本符号（2）时间继电器（Timer）时间继电器目前在电气控制回路中应用非常广泛。它与中间继电器相同之处是由线圈与触点构成，而不同的是当输入信号时，电路中的触点经过一定时间后才闭合或断开。按照其输出触点的动作形式分为以下两种（见图13-4）：①延时闭合继电器—（Ondelaytimer）：当继电器线圈流过电流时，经过预置时间延时，继电器触点闭合；当继电器线圈无电流时，继电器触点断开。②延时断开继电器—（Offdelaytmer）：当继电器线圈流过电流时，继电器触点闭合；当继电器线圈无电流时，经过预置时间延时，继电器触点断开。1、常用电气元件基本符号（１）时间继电器（Timer）1、常用电气元件基本符号（１）时间继电器（Timer）1、常用电气元件基本符号电气回路图通常以一种层次分明的梯形法表示，也称梯形图。它是利用电气元件符号进行顺序控制系统设计的最常用的一种方法。梯形图表示法可分为水平梯形回路图及垂直梯形回路图两种。如图13-5所示为水平型电路图，图形上下两平行线代表控制回路图的电源线，称为母线。2、电气回路图绘图原则梯形图的绘图原则为：1、图形上端为火线，下端为接地线。2、电路图的构成是由左而右进行。为便于读图，接线上要加上线号。3、控制元件的连接线，接于电源母线之间，且应力求直线。4、连接线与实际的元件配置无关，其由上而下，依照动作的顺序来决定。5、连接线所连接的元件均以电气符号表示，且均为未操作时的状态。6、在连接线上，所有的开关、继电器等的触点位置由水平电路的上侧的电源母线开始连接。7、一个梯形图网络有多个梯级组成，每个输出元素（继电器线圈等）可构成一个梯级。8、在连接线上，各种负载、如继电器、电磁线圈、指示灯等的位置通常是输出元素，要放在在水平电路的下侧。9、在以上的各元件的电气符号旁注上文字符号。2、电气回路图绘图原则1．是门电路（YES）是门电路是一种简单的通断电路，能实现是门逻辑电路。图13-6为是门电路，按下按钮PB，电路1导通，继电器线圈K励磁，其常开触点闭合，电路2导通，指示灯亮。若放开按钮，则指示灯熄灭。3、基本电气回路2．或门电路（OR）如图13-7所示的或门电路也称为并联电路。只要按下三个手动按钮中的任何一个开关使其闭合，就能使继电器线圈K通电。例如要求在一条自动生产线上的多个操作点可以进行作业。或门电路的逻辑方程为S=a+b+c。3、基本电气回路3．与门电路（AND）如图13-8所示的与门电路也称为串联电路。只有将按钮a、b、c同时按下，则电流通过继电器线圈K。例如一台设备为防止误操作，保证安全生产，安装了两个启动按钮，只有操作者将两个气动按钮同时按下时，设备才能开始运行。与门电路的逻辑方程为S=a.b.c3、基本电气回路4．自保持电路自保持电路又称为记忆电路，在各种液、气压装置的控制电路中很常用，尤其是使用单电控电磁换向阀控制液、气压缸的运动时，需要自保持回路。3、基本电气回路5．互锁电路互锁电路用于防止错误动作的发生，以保护设备、人员安全。如电机的正转与反转，气缸的伸出与缩回，为防止同时输入相互矛盾的动作信号，使电路短路或线圈烧坏，控制电路应加互锁功能。如图13-10所示，按下按钮PB1，继电器线圈K1得电，第2条线上的触点K1闭合，继电器K1形成自保，第3条线上K1的常闭触点断开，此时若再按下按钮PB2，继电器线圈K2一定不会得电。同理，若先按按钮PB2，继电器线圈K2得电，继电器线圈K1也一定不会得电。3、基本电气回路6．延时电路随着自动化设备的功能和工序越来越复杂，各工序之间需要按一定的时间紧密巧妙地配合，要求各工序时间可在一定时间内调节，这需要利用延时电路来加以实现。延时控制分为两种，即延时闭合和延时断开。如图13-11a为延时闭合电路，当按下开关PB后，延时继电器T开始计时，经过设定的时间后，时间继电器触点闭合，电灯点亮。放开PB后，继电器T立即断开，电灯熄灭。图13-11b为延时断开电路，当按下开关PB后，时间继电器T的触点也同时接通，电灯点亮，当放开PB后，延时断开继电器开始计时，到规定时间后，时间继电器触点T才断开，电灯熄灭。3、基本电气回路（a）延时闭合（b）延时断开图13-11延时电路3、基本电气回路在设计电气—气动程序控制系统时，应将电气控制回路和气动动力回路分开画，两个图上的文字符号应一致，以便对照。电气控制回路的设计方法有多种，本章主要介绍直觉法和串级法。4、电气—气动程序回路设计1．用直觉法（经验法）设计电气回路图用直觉法设计电气回路图即是应用气动的基本控制方法和自身的经验来设计。是用此方法设计控制电路的优点是：适用于较简单的回路设计，可凭藉设计者本身的积累经验，快速的设计出控制回路。但此方法的缺点是：设计方法较主观，对于较复杂的控制回路不宜设计。在设计电气回路图之前，必须首先设计好气动动力回路，确定与电气回路图有关的主要技术参数。在气动自动化系统中常用的主控阀有单电控两位三通换向阀、单电控两位五通换向阀、双电控两位五通换向阀、双电控三位五通换向阀四种。4、电气—气动程序回路设计用直觉法设计控制电路，必须从以下几方面考虑：（1）分清电磁换向阀的结构差异。（2）注意动作模式。（3）对行程开关（或按钮开关）是常开触点还是常闭触点的判别。4、电气—气动程序回路设计（1）用两位五通单电控电磁换向阀控制单气缸运动例13-1单气缸自动单往复回路：利用手动按钮控制单电控两位五通电磁阀来操纵单气缸实现单个循环。动力回路如图13-12（a），动作流程如下方框图表示，依照设计步骤完成13-12（b）所示电气回路图。4、电气—气动程序回路设计活塞杆压下a1使线圈断电活塞杆前进且持续使电磁阀线圈通电启动按钮活塞杆退回原位12345（1）用两位五通单电控电磁换向阀控制单气缸运动例13-1单气缸自动单往复回路：利用手动按钮控制单电控两位五通电磁阀来操纵单气缸实现单个循环。动力回路如图13-12（a），动作流程如下方框图表示，依照设计步骤完成13-12（b）所示电气回路图。4、电气—气动程序回路设计①设计步骤a．将启动按钮PB1及继电器K置于1号线上，继电器的常开触点K及电磁阀线圈YA置于3号线上。这样当PB1一按下，电磁阀线圈YA通电，电磁阀换向，活塞前进，完成方框1，2的要求。如图13-12（b）的1和3号线。b．由于PB1为一点动按钮，手一放开，电磁阀线圈YA就会断电，则活塞后退。为使活塞保持前进状态，必须将继电器K所控制的常开触点接于2号线上，形成一自保电路，完成方框3的要求。如图13-12（b）的2号线。c．将行程开关a1的常闭触点接于1号线上，当活塞杆压下a1，切断自保电路，电磁阀线圈YA断电，电磁阀复位，活塞退回，完成方框5的要求。图13-12（b）中的PB2为停止按钮。②动作说明a．将启动按钮PB1按下，继电器线圈K通电，控制2和3号线上所控制得常开触点闭合，继电器K自保，同时3号线接通，电磁阀线圈YA通电，活塞前进。活塞杆压下行程开关a1，切断自保电路，1和2号线断路，继电器线圈K断电，K所控制的触点恢复原位。同时3号线断路，电磁阀线圈YA断电，活塞后退。4、电气—气动程序回路设计例13-2单气缸自动连续往复回路动力回路如图13-13（a），动作流程如下方框图表示。依照设计步骤完成13-13（b）所示电气回路图。4、电气—气动程序回路设计活塞杆压下a1使线圈断电活塞杆前进且持续使电磁阀线圈通电启动按钮活塞杆退回压下a012345例13-2单气缸自动连续往复回路动力回路如图13-13（a），动作流程如下方框图表示。依照设计步骤完成13-13（b）所示电气回路图。4、电气—气动程序回路设计①设计步骤a．将启动按钮PB1及继电器K1置于1号线上，继电器的常开触点K1置于2号线上并与PB1并联和1号线形成一自保电路。在火线上加一继电器K1的常开触点。这样当PB1一按下，继电器K1线圈所控制的常开触点K1闭合，3、4和5号线上才接通电源。b．为得到下一次循环的开始，必须多加一个行程开关，使活塞杆退回压到a0再次使电磁阀通电。为完成这一功能，a0以常开触点形式接于3号线上，系统在未起动之前活塞杆压在a0上，故a0的起始位置是接通的。c.由图13-12b稍加修改，即可得到电气回路图13-13（b）。4、电气—气动程序回路设计②动作说明a．启动按钮PB1按下，继电器线圈K1通电，2号线和火线上的K1所控制得常开触点闭合，继电器K1形成自保。b．3号线接通，继电器K2通电，4和5号线上的继电器K2的常开触点闭合，继电器K2形成自保。c．5号线接通，电磁阀线圈YA通电，活塞前进。d．当活塞杆压下a1时，继电器线圈K2断电，K2所控制的常开触点恢复原位，继电器K2的自保电路断开，4和5号线断路，电磁阀线圈YA断电，活塞后退。e．活塞退回压下a0时，继电器线圈K2又通电，电路动作由b开始。f．如按下PB2，则继电器线圈K1和K2断电，活塞后退。PB2为急停或后退按钮。4、电气—气动程序回路设计例13-3单气缸延时单往复运动回路动力回路如图13-14（a），位移—步骤图如图13-14（b），动作流程如下方框图表示，依照设计步骤完成13-14（c）所示电气回路图。4、电气—气动程序回路设计例13-3单气缸延时单往复运动回路动力回路如图13-14（a），位移—步骤图如图13-14（b），动作流程如下方框图表示，依照设计步骤完成13-14（c）所示电气回路图。4、电气—气动程序回路设计①设计步骤a．将启动按钮PB1及继电器K置于1号线上，继电器的常开触点K及电磁阀线圈YA置于4号线上，这样当PB1一按下，电磁阀线圈通电，完成方框1和2的要求。b．当PB1松开，电磁阀线圈YA断电，活塞后退。为使