全气动多缸行程程序控制系统的快速设计.pdf

2 0 1 3 年 5月 第 4 1 卷 第 l O期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAULI CS Ma v 2 0 1 3 Vo 1 ． 4l No ． 1 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 0 ． 0 3 1 全气动多缸行程程序控制系统的快速设计 唐德栋 ，舒庆，刘瑞，李斌 哈 尔滨理工大学机械动力工程学院 ，黑龙江哈 尔滨 1 5 0 0 8 0 摘要针对多缸行程程序控制系统逻辑关系复杂，消除其控制障碍信号设计繁琐的问题 ，介绍了一种采用新型自动控 制气动元件 “ 节拍器”快速设计气动回路的方法，采用该节拍器 ，不必分析其存在的障碍信号，只需分析控制信号及动作 信号，正确连接气管后，就能保证气动回路的正确控制 ，实现了全气动复杂控制系统的快速设计。 关键词全气动；多缸行程；控制系统；快速设计 中图分类号 T H 1 3 8 ． 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 0 0 9 3 2 Qu i c k D e s i g n o f Wh 0 l e P n e u ma t i c Mu l ti - c y l i n d e r S t r o k e P r o g r a m C o n t r o l S y s t e m T A N G D e d o n g ， S HU Q i n g ，L I U R u i ， L I B i n M e c h a n i c a l P o w e r E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， Ha r b i n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H a r b i n H e i l o n g j i a n g 1 5 0 0 8 0， C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t s o me q u e s t i o n s o f c o mp l e x l o c r e l a t i o n i n t h e mu l t i c y l i n d e r s t r o k e p r o g r a m c o n t r o l s y s t e m a n d f u s s y d e s i g n a t e l i mi n a t i o n o f t h e c o n t r o l o b s t a c l e s i gn a l ， a me t h o d o f q u i c k d e s i g n o f p n e u ma t i c c i r c u i t b y u s i n g n e w t y p e o f a u t o ma t i c c o n t r o l p n e u m a t i c c o m p o n e n t me tr o n o m e i s i n t r o d u c e d ．I f u s i n g t h e m e t r o n o m e ，th e a n al y s i s o f o b s t a c l e s i gna l e x i s t e d i n i t w a s n o t n e c e s s a r y ， w h i l e o n l y a n aly s i s o f t h e c o n t rol a n d a c t i o n s i gn al wa s n e e d ．Af t e r t h e a i r p i p e l i n e c o n n e c t e d c o r r e c t l y，r i g h t c o n t r o l o f the p n e u ma t i c c i r c u i t c a n b e e n s u r e d a t o n c e ，s o t h e q u i c k d e s i gn o f w h o l e p n e u ma ti c c o mp l e x c o n t r o l s y s t e m i s r e ali z e d ． Ke y w o r d s Wh o l e p n e u m a t i c ； Mu l t i c y l i n d e r s t r o k e ； C o n tr o l s y s t e m； Q u i c k d e s i gn 多气缸顺序动作气压控制 回路设计时 ，首先应分 析是否存在障碍信号 ，常用的方法有很多 ，如信号动 作状态图法 、卡诺图图解法等 ，这些方法较繁琐且易 出 。 气动节拍器是近几年发展起来的一种新型气动自 动控制元件，它具有线路连接清晰、自动消除障碍信 号 、工作安全可靠 、改变 控制 程序 方便快捷 的特 点。 具有手动 一自动控 制 、复位 、紧急停 车 、互 锁保护 、 控制动作显示等功能。是一种符合现代气动发展趋势 的微型化、集成化、模块化的新型智能气动控制元 件。 1 气动节拍器 的结构 节拍器 由若 干个独立 的控制单元连 接而成 ，单个 控制单元 的结构如 图 1 所示 ，双气控换 向阀 2控制本 单元的气体输出，完成本步的执行元件的动作控制， 单气控换向阀 1 实现下一个控制单元的激活控制，当 下一个控制单元成为活动步时 ，通过梭 阀 3控制本 单 元成为不活动步 即A口没有气体输出 。 各气 口的功能说 明 P 气源进气口。当多个模块组合使用时，各模 块 P口应相通连接； A气控信号输出 口。当多个模块组合使用时， 各模块的A口分别输出气控信号； x气控信号输入 口。当多个模块组合使用时， 各模块的x口分别接受来 自外部的控制气体； L 总复位控 制 口，当 L口与气 源接 通时 ，节拍 器恢复为初始状态，程序执行完本步动作后停止； z n 转换条件信号输出 口；控制其前级步成为 不活动步 。 z n1 转换条件信号输入口，当多个模块组合 使用时，前一个模块的 z 1口应与后一个模块的 z n口相接 ； Y n 起动信号 口； Y n1 步进指令控制口，当多个模块组合使用 时 ，前一个模块 的 Y n1口应与后一个模 块 的 Y n口 相接 ，以触发 Y n 起动。 收稿 日期 2 0 1 2 0 31 6 基金项目黑龙江省教育厅科学技术研究项 目 1 2 5 1 1 0 9 1 ；哈尔滨理工大学 2 0 1 1 年度本科生开放性实验资助项 目 作者简介唐德栋 1 9 7 2 一 ，男，博士 ，副教授，研究方 向为流体传动及控制 ，机器人技术。Em a i l t a n g d e d o n g y a ho o ．C O I l3 ．c n。 9 4 机床与液压 第 4 1卷 L I I I 1 “ - 一 l l YH1 P Z 1 L X 图 1 单个控制单元结构图 2 气动节拍器的工作原理 节拍器的设计思想是将所有 的原始信号 不管 是否有障碍全部经过一个信号分配器处理为无障 碍信号后作为执行信号 ，去控制 主控阀动作 ，根据程 序要求改变信号分配器的输入、输出信号的顺序，就 可满 足所需程序 的动作要求 。 气动节拍器的工作原理需遵循的基本控制规则如 下 1 当前控制单元控制的动作为活动步，且转 换条件满足 时 ，下一个控制单元激活 。 2 下一个控制单元成为活动步的同时，前级 的控制单元变为不活动步。 下面以3个控制单元组成的节拍器 如图 2 说 明其具体的工作原理 在启动信号 Y n的作用下，换向阀2处于左位， 控制单 元 S T 1 成 为 活动 步 即 A 1口有气 体 输 出 ， 从而可 以控制该步对 应的外部气 路气控 换 向阀动作 ， 气源驱动相应的执行元件完成本步动作，本步动作完 成时，转换条件 x 1得到满足 即 X 1口有气体进 入 ，换向阀 1切换到左位，气源气体经阀 2左位、 阀 1 左位控制 阀 5切换到左位 ，实现控 制单元 S T 2成 为活动步 即 A 2口有气 体输 出 ，与此 同 时 ，气 源 气体经 阀 5 左 位 ，梭 阀 3控制 阀 2切换 到右位 ，控制 单元 S T 1 成 为不活动步 。对于连接多个控制单元 的节 拍器的工作原理以此类推。节拍器最末的控制单元 S T 3结构与前面 的稍有不 同，主要是保证 在最后 的控 制单元 处于活动步的状态 ，且转换条件满足时 ，才能 实现第一步成为活动步 。 L L l 。 ’ 一』 f J l Xl 3 气动节拍器的在行程程序控制中的应用 X2 X3 图 2 节拍器工作原理 Y l P Z月1 L 图3 采用节拍器的双气缸顺序动作控制回路 下转第 1 4 6页 1 4 6 机床与液压 第 4 1 卷 1 把 1 6位 C R C寄存器置成 F F F F H； 2 第一个 8位数据与 C R C寄存器低 8位进行 异或运算 ，把结果放入 C R C寄存器 ； 3 C R C寄存器向右移一位，MS B填零 ，检查 L S B； 4 若 L S B为 0 ，重复步骤 3 ，再右 移一位 ； 若 L S B为 1 ，C R C寄存器与 A O 0 1 H进行异或运算； 5 重复步骤 3 和 4 直至完成 8 次移位 ， 完成 8位字节 的处理 ； 6 重复步骤 2 一 5 ，处理下一个 8位数 据，直至全部字节处理完毕 ； 7 C R C寄存器的最终值为 C R C值 。 8 把 C R C值放入信息时，高 8位和低 8位应 分开放置，先送低 8位，后送高 8 位。 需要注意 的是 ，以上第 3 步中的 L S B指 的是 该步骤移 出的这 一位 ，而不 是右 移一 位后 C R C寄存 器的最低位 ，否则将得不到正确 的结果 。 M o d b u s 报文格 式如 表 4所 示 ，从 站地 址 0表示 广播方式，功能 1 0 H表示写多个保持寄存器，起始 地址从 4 0 0 0 1开始 ，寄存 器 数 目 4个 字 8字节 ， 字节数 8 。 表 4 M o d b u s 报 文格式 报文 He x O 0 1 0 0 0 0 1 O 0 0 3 0 6 从 起 起 寄 寄 描 站 功 地 地 存 存 字 C C 述 地 能 址 址 器 器 节 月 日 时 分 秒 特 S E R R 数 数 数 C C 址 高 低 一 低 高 向 低 3结束 语 文中介绍的塔式太阳能发电系统中的定 13 镜 阵列 聚焦系统节点众多、成本低廉、结构合理 、方法可 行 ，有较高 的应用价值 。也带来每个节点的安装 调试 工作量大的问题 ，其节点的布局和镜场总体调度 等 问题还需要进一步深入研究 。 参 考 文献 【 1 】刘笃喜 ， 徐修明， 许建社 ， 等． Mo d b u s 协议在分布式伺服 测角系统中的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 1 1 5 7 1 5 9． 【 2 】田志勇 ， 戴一平． 基于 Mo d b u s 总线的变频驱动液压系统 设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 4 7 98 1 ． 【 3 】刘俊 ， 刘京诚， 谢磊， 等． 太 阳光 自动跟踪装置的设计 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 9 4 5 4 8 ． 【 4 】郭铁铮， 刘德有， 钱艳平 ， 等． 基于 D S P的定 日镜跟踪控 制系统研究[ J ] ． 太阳能学报， 2 0 1 0 ， 3 1 1 51 1 ． 【 5 】 关继文， 孑 L 令成， 张志华． 高精度太阳能跟踪控制器设计 与实现[ J ] ． 自动化与仪器仪表 ， 2 0 1 0 3 2 3 2 5 ． 【 6 】全国工业过程测量和控制标准化技术委员会． G B ／ T 1 9 5 8 2 ． 2 - 2 0 0 8基于 M o d b u s协 议 的工 业 自动 化 网络 规 范 第 2部分 Mo d b u s 协议在串行链路上的实现指南 [ S ] ． 北京 中国标准出版社， 2 0 0 8 ． 【 7 】 辛秋霞， 卞新高， 杨缝缝． 塔式太阳能热发电系统镜场调 度方法 的研究 [ J ] ． 太阳能学报， 2 0 1 0 ， 3 1 3 3 1 7 3 2 2． 上接 第 9 4页 下面 以多缸多往复全气动控制回路为例说 明其具 体 的应用 。用 A、B代 表气缸 ，用下 标 1 、0代 表气 缸活 塞杆 的 伸 出和 缩 回 ，设 计 两 气 缸 的 动 作 顺 序 A A 。 B ， B 。的程序控 制 回路 。由于该控 制 系统 回路存 在障碍信号 ，利用传统的设计方法分析过程复杂，设 计效率较低 “ 。根据前述 节拍 器 的工作原理 ，图 3 给出了利用节拍器设计 的气动 回路 图。如果两缸的动 作顺 序发生变化 ，气 动元件无需变化 ，只需改变每个 控制单元 A口输出与被控换向阀的气控端 口的连接 顺序即可 ，气动回路调整简单方便。 4结束语 多缸 往复行 程程序控制 回路 的设计难点之一是 障 碍信号的排除，如果不能发现并排除这些障碍信号势 必会造成整 个动 作 过程 无法 正 常进行 。采用 节 拍器 后 ，可 自动消除障碍信号 ，保证在上一 步顺 序动作 已 经完成并检测到 以后 ，下一步顺序动作才能开始。能 有效节省气动控制 回路 的分析 、设计和调试时间 ，保 证 回路的可靠工作 。 参考文献 【 l 】吴振顺． 气压传动与控制中[ M] ． 哈尔滨 哈尔滨工业大 学出版社 ， 1 9 9 5 ． 【 2 】林荣川， 魏莎莎． 多气缸顺序回路信号障碍消除及程序 控制系统设计 [ J ] ． 包装与食 品机械 ， 2 0 0 9， 2 7 2 2 4 26． 【 3 】唐德栋． F e s t o 气压实验台在 液压与气压传动 实验教 学中的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 4 2 1 2 51 2 6 ． 【 4 】唐德栋． 基于 F e s t o实验台气动综合实验的开发[ J ] ． 机 床与液压 ． 2 0 0 6 4 1 0 91 1 0 ．