第十五章 气动程序系统设计

气动系统设计步骤气动系统设计步骤2009-07-14 08:53第五节气动系统设计的主要内容和步骤设计气动系统就是根据工作设备的控制功能要求，从种类与机能众多的元件中选择性能和参数最适合的元件，并将其巧妙合理地组合配置。

主要设计内容包括:系统方案的确定，气动元件的选型，管道设计，空压机的选型等。

气动系统的设计一般按下列步骤进行一、明确工作要求设计前一定要明确主机对气动系统控制的要求，主要包括以下几个方面:(1)运动和操作力的要求如主机的动作顺序，动作时间，运动速度及其可调范围，运动的平稳性，定位精度，操作力以及联锁和自动化程度等。

(2)工作环境条件如温度，防尘，防爆，防腐蚀要求及工作场地的空间等。

(3)与机、电、液控制相配合的情况，及其对气动系统的要求。

二、设计气动控制回路(1)列出气动执行元件的工作程序图。

(2)绘制X-D线图或卡诺图等，也可直接写出逻辑函数表达式。

(3)绘制逻辑原理图。

(4)绘制气动回路原理图。

(5)设计控制回路，根据实际情况合理选用全气控、电-气控制、逻辑控制，或者PLC控制等控制方案。

三、确定执行元件的规格确定执行元件的类型，如:气缸、摆动气缸或气马达。

执行元件的规格和安装形式，例如气缸，在确定其规格时，必须考虑:气缸的驱动力，摩擦阻力，运动速度，气缸的耗气量，结构尺寸和行程，传感器的安装位置，是否需要缓冲，工作温度范围，以及气缸的工作方向等。

在设计中，应该优先考虑采用标准规格的气缸。

四、确定气动控制控制阀1.确定控制元件类型2.确定控制元件的规格。

一般控制阀的通径可按阀的工作压力与最大流量确定。

(1)方向控制阀的规格根据执行元件的规格来确定方向控制阀的规格，选择时必须明确以下各项:流量特性，响应特性，工作温度范围，安装尺寸，最低工作压力和所用的润滑油等;并确定这些特性与执行元件之间是否匹配，能否满足系统的工作要求。

注意，选用方向控制阀的通径应该尽量一致，以便于配管。

(2)流量控制阀的规格流量控制阀包括节流阀和缓冲阀等，其性能对气缸运动的平稳性具有很大的影响。

气动系统设计的主要内容及设计程序气动系统设计的主要内容及设计程序3.1明确工作要求1）运动和操作力的要求?如主机的动作顺序、动作时间、运动速度及其可调范围、运动的平稳性、定位精度、操作力及联锁和自动化程序等。

2）工作环境条件如温度、防尘、防爆、防腐蚀要求及工作场地的空间等情况必须调查清楚。

3）和机、电、液控制相配合的情况，及对气动系统的要求。

3.2设计气控回路1）列出气动执行元件的工作程序图。

2）画信号动作状态线图或卡诺图、扩大卡诺图，也可直接写出逻辑函数表达式。

3）画逻辑原理图。

4）画回路原理图。

5）为得到最佳的气控回路，设计时可根据逻辑原理图，做出几种方案进行比较，如对气控制、电-气控制、逻辑元件等控制方案进行合理的选定。

3.3选择、设计执行元件其中包括确定气缸或气马达的类型、气缸的安装形式及气缸的具体结构尺寸（如缸径、活塞杆直径、缸壁厚）和行程长度、密封形式、耗气量等。

设计中要优先考虑选用标准缸的参数。

3.4选择控制元件1）确定控制元件类型，要根据表42.6-13进行比较而定。

表42.6-13?几种气控元件选用比较表电磁气阀控制气控气阀控制气控逻辑元件控制安全可靠性较好（交流的易烧线圈）较好较好恶劣环境适应性（易燃、易爆、潮湿等）较差较好较好气源净化要求一般一般一般远距离控制性，速度传递好，快一般，＞0几毫秒一般，几毫秒～0几毫秒控制元件体积一般大较小元件无功耗气量很小很小小元件带负载能力高高较高价格稍贵一般便宜2）确定控制元件的通径，一般控制阀的通径可按阀的工作压力与最大流量确定。

由表42.6-14初步确定阀的通径，但应使所选的阀通径尽量一致，以便于配管。

至于逻辑元件的类型选定后，它们的通径也就定了（逻辑元件通径常为ф3mm，个别为ф1mm）。

对于减压阀或定值器的选择还必须考虑压力调节范围而确定其不同的规格。

3.5选择气动辅件1）分水滤气器其类型主要根据过滤精度要求而定。

一般气动回路、截止阀及操纵气缸等要求过滤精度≤50～75μm，操纵气马达等有相对运动的情况取过滤精度≤25μm，气控硬配滑阀、射流元件、精密检测的气控回路要求过滤精度≤10μm。

课题六气动程序控制回路设计方法一、概述生产实践中，各种自动生产线，大多是按程序工作的。

所谓程序控制，就是根据生产过程中的位移、压力、时间、温度、液位等物理量的变化，使被控制的执行元件，按预先规定的顺序协调动作的一种自动控制方式。

这种控制方式，能在一定范围内满足各种不同程序的需要，实现一机多用。

根据控制方式的不同，程序控制可分为时间程序控制、行程程序控制和混合程序控制三种。

各执行元件的动作顺序按时间顺序进行的控制方式称为时间程序控制。

时间程序控制系统中，各时间信号通过控制线路，按一定的时间间隔分配给相应的执行元件，令其产生有序的动作。

显然，这是一种开环控制系统。

执行元件完成某一动作后，由行程发信器发出相应信号，此信号输入逻辑控制回路中，经放大、转换回路处理后成为主控阀可以接受的信号，控制主控阀换向，再驱动执行元件，实现对被控对象的控制。

执行元件的运动状态经行程发信器检测后，再发出开始下一个动作的控制信号。

如此循环往复，直至完成全部预定动作为止。

显然，这样的回路属于闭环控制系统，它可以在给定的位置准确实现动作的转换，故称为行程程序控制，图1所示为行程程序控制框图。

从框图可看出，行程程序控制主要包括行程发信装置、执行元件、逻辑控制回路、放大转换回路、主控阀和动力源等部分。

行程发信装置是一种位置传感器，其作用是把由执行机构接收来的信号转发给逻辑控制回路，常用的有行程阀、行程开关、逻辑“非门”等，此外，液位、压力、流量、温度等传感器也可看作行程发信装置；常用的执行元件有气缸、气液缸、气动马达等；主控阀为气动换向阀；逻辑控制回路、放大转换回路一般由各种气动控制元件组成，也可以由各种气动逻辑元件等组成；动力源主要包括气压发生装置和气源处理设备两部分。

行程程序控制的优点是结构简单、维修方便、动作稳定，特别是当程序中某节拍出现故障时，通过运行停止程序可以实现自动保护。

为此，行程程序控制方式在气压传动系统中得到广泛应用。

气动装置控制系统设计及应用随着工业自动化技术的发展，气动装置逐渐成为了各个行业中不可或缺的一部分。

气动装置通过空气压缩来实现动力传输，具有刚性强、承受冲击与振动能力好、速度可调节以及成本低等优点。

而气动装置的使用离不开一个稳定和精准的控制系统，本文就介绍气动装置控制系统的设计及其应用。

一、气动控制的基本原理气动控制是指使用空气压缩来实现对机械装置的控制调节。

其控制原理主要包括气源、执行元件、信号转换元件和控制器等几个部分。

首先，气源是气动控制系统的重要组成部分。

它一般由空气压缩机、空气处理和气管组成。

其中，空气压缩机是将大气压力压缩为所需的气源压力，而空气处理则是对气源进行过滤、减压、降湿、润滑和分配等处理，从而保证气源质量的稳定性，并不断维持所需的气源压力。

其次，执行元件是气动控制系统中的另一重要组成部分。

常用的执行元件主要有气缸、气动执行机构和气动阀门等。

最常用的是气缸，大量应用于机械操作、运输、加工、测试和检验等领域，具有结构简单、使用方便、可靠性高、承受负荷大等优点。

第三，信号转换元件是气动控制系统控制信号的中间转换部分。

它主要由传感器、信号调理模块和信号输出模块组成。

传感器是气动控制系统中的重要组成部分，它能够将机械量、电磁量或化学量等转化为电信号，进而通过信号调理和输出模块，输出符合气动执行器要求的控制信号，在实现气动控制过程中具有十分重要的作用。

最后，控制器则是气动控制系统中的核心部分，它能够不间断地读取输入信号并对其进行处理，输出所需的控制信号，以实现目标化的控制效果。

二、气动控制系统的优势相对于传统的机电控制系统，气动控制系统具有以下优势：1. 性价比高。

气动控制系统成本相对较低，同时操作简单，易于维护和保养。

其使用寿命较长，更容易实现长时间的自动化操作。

2. 安全性高。

气动控制系统在操作时，会产生诸如压缩空气、氧气、惰性气体等，从而避免了因电器产生的蓄电荷、电磁波等影响，可靠性更高。

《典型气动设备系统设计》综合项目任务书一、本课程基本情况1．课程基本信息项目课程：《气压传动技术（二）》——典型气动设备系统设计所属专业：机械设计与制造（气液方向）学时：66+2周学分：3.5+2授课对象：2012级机械设计与制造（气液方向）班级2．课程主要知识内容及能力要求（1）气压传动概述掌握气压传动的工作原理以及组成；熟悉气压传动的优缺点；了解气压传动的应用及发展。

（2）气动基础知识了解空气的性质以及空气中的水分；熟悉气体的控制规律（气体状态方程）；了解气体流动特性。

（3）气源装置及辅件掌握压缩空气站的组成及空气压缩机的工作原理；熟悉杂质对气动装置的影响；要求学生能掌握常用的气动辅件的工作原理、结构和特点，以达到正确选用、合理使用、简单维护维修的目的。

（4）气动执行元件了解气缸的分类及工作特性；掌握气缸的主要尺寸及结构设计；熟悉气马达的结构原理；掌握气动执行元件基本参数计算及选型。

（5）气动控制元件掌握方向控制阀、流量控制阀、压力控制阀的分类、结构原理与图形符号；掌握各类阀性能参数、选型及常见故障排除；熟悉气动逻辑元件的分类；掌握高压截止式逻辑元件结构原理及应用。

（6）气动基本控制回路掌握压力控制回路、换向回路、速度控制回路、位置控制回路、安全保护回路、往复动作回路、延时回路、计数回路等工作原理及应用；掌握常用气动基本控制回路的设计方法；能够分析中等复杂程度的气动系统原理图。

（7）气动逻辑控制回路设计熟悉逻辑函数、真值表、卡诺图基本概念；了解布尔代数的三种基本逻辑运算及其恒等式；熟悉逻辑函数表达式的简化；掌握组合逻辑控制回路设计的一般方法步骤；能够应用卡诺图法设计一般复杂程度的气动逻辑控制系统。

（8）气动行程程序控制回路设计掌握气动行程程序控制回路的组成与表示；掌握气动逻辑原理图绘制；掌握障碍信号的判别及消除；能够应用X-D线图设计法、串级转换法、步进控制法设计中等复杂程度的气动行程程序控制回路。

燕山大学课程设计（论文）任务书小组分工及贡献备注：为实现课程设计学习最优效果，本组实行主要负责、共同进行的工作方式。

每个人主要负责一部分内容，但每一项任务都由4人共同完成。

从而，更好的发挥团队力量，使每个人对项目有整体的了解，各方面得到锻炼。

摘要本项目名称为鼓风炉钟罩式加料装置气动系统程序控制，主要目的实现鼓风炉钟罩式加料装置的自动和手动控制。

从基础气压传动系统的设计开始，到电器控制和PLC控制的电-气控制的综合设计与实验。

通过对复杂多缸无障碍信号的设计与实现，最终完成了纯气动控制、电气控制和PLC程序控制的三种控制方法。

对实际工况下的执行元件进行计算选型，绘制了气动系统原理图和气缸装配图。

关键词加料装置、自动与手动、气压传动、电气控制、PLC控制目录小组分工及贡献 (2)摘要 (4)第1章绪论 (7)1.1课题背景 (7)1.2课题内容 (7)第2章气动系统的设计 (8)2.1明确工作要求 (8)2.2设计气控回路 (8)2.3选择、设计执行元件 (11)2.4选择控制元件 (13)2.5选择气控辅件 (13)2.6确定管道直径、计算压力损失 (14)2.7选择空压机 (15)第3章实验方案、结果及分析 (16)3.1实验方案 (16)3.2电气及PLC控制 (16)3.2.1电气控制 (16)3.2.2 PLC控制 (19)3.3综合比较 (26)结论 (2)心得 (4)参考文献 (7)第1章绪论1.1 课题背景鼓风炉是冶金设备中的竖炉。

鼓风炉是将含金属组分的炉料（矿石、烧结块或团矿）在鼓人空气或富氧空气的情况下进行熔炼，以获得锍或粗金属的竖式炉。

鼓风炉具有热效率高，单位生产率（床能力）大，金属回收率高，成本低，占地面积小等特点，是火法冶金的重要熔炼设备之一。

鼓风炉由炉基、炉底、炉缸、炉身、炉顶（包括加料装置）、支架、鼓风系统、水冷或汽化冷却系统、放出熔体装置和前床等部分组成。

1.2 课题内容设计某厂鼓风炉钟罩式气动加料装置如图1所示，Z A、Z B分别为加料装置上、下部分两个料钟（顶料钟、底料钟），W A、W B分别为顶、底料钟的配重。