液压传动程序电气控制经验设计法优化分析.pdf

2 0 1 3年 4月 第 4 1卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Ap r ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 8 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 4 1 液压传动程序电气控制经验设计法优化分析 廖传林 ，李维杨 1 ．武汉软件 工程职业学院，湖北武汉 4 3 0 2 0 5；2 ．武汉长印集 团，湖北武汉 4 3 0 0 2 2 摘要阐述采用经验法设计液压传动程序电气控制系统时遇到的具体问题和可采用的解决方法，为液动程序电控系统 优化提供了一定的依据。 关键词液压传动；程序控制 ；电气控制系统；时序逻辑图 中图分类号T H1 3 7 文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 81 2 1 3 Op t i mi z a t i o n An a l y s i s f o r Ex pe r i e nc e De s i g n M e t ho d i n t he El e c t ric a l Co n t r o l o f Hy dr a u l i c Tr a ns mi s s i o n Pr o g r a m L I A0 Ch u a n l i n ， LI W e i y a n g 1 ． Wu h a n S o f t w a r e a n d E n g i n e e r i n g V o c a t i o n a l C o l l e g e ，Wu h a n H u b e i 4 3 0 2 0 5，C h i n a ； 2 ． Wu h a n C h a n g y i n G r o u p ， Wu h a n H u b e i 4 3 0 0 2 2，C h i n a Ab s t r a c t T h e e n c o u n t e r e d s p e c i fi c p r o b l e ms a n d p o s s i b l e s o l u t i o n we r e d e s c ri b e d w h e n e mp i ri c al me t h o d wa s u s e d t o d e s i g n h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n p r o g r a m e l e c t ri c a l c o n t r o l s y s t e m． I t p r o v i d e s b a s i s f o r o p t i mi z a t i o n o f h y d r a u l i c t r an s mi s s i o n p r o g r a m e l e c t r o n i c c o n t r o l s y s t e m． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c t r a n s mi s s i o n ； P r o gra m c o n t r o l ； E l e c t ric al c o n t r o l s y s t e m ； S e q u e n t i a l l o g i c d i a g r a m 在程序电气控制系统中，通常采用串级法设计电 气控制回路，这是由于串级法不仅有章可循 ，而且电 气回路便于阅读。但是在液压系统中，由于液动的工 作压力很大，电控回路的主控元件通常都是一些没有 记忆功能的普通电磁换向阀，当执行元件的动作步骤 过多时，为了满足生产工艺要求，这些普通电磁换向 阀的受电时间有时很长，甚至跨越了串级法设计中的 多个级，给串级法设计带来了很多不便 ，所以在设计 液动程序电控系统的电气控制回路时，经验法通常也 是一种行之有效的方法。下面对经验法设计中遇到的 具体问题和可优化设计的具体方法予以讨论。 1 经验法设计中常见的问题 对于多执行元件组成的具有多个动作步骤的液动 程序电控系统，采用经验法设计电气控制回路时，通 常先参照动作步骤的顺序 ，绘制 出 “ 位移 一时间步 骤图” 。有了 “ 位移 一时间步骤图” ，不仅可以清晰 地知道完成每一个动作步骤的电磁换 向阀的得 电需 求 ，而且也可以知道在动作步骤切换过程中触击的发 信元件以及这些发信元件的发信点和工作状态。于 是，根据电磁换向阀的得电需求和发信元件的工作状 态，就可以绘制出各动作步骤 的 “ 控制状态时序逻 辑图，同时，依托经验 ，可将各动作步骤 的 “ 控制 状态时序逻辑 图”转换或 者复制成各 动作步 骤的 “ 控制电路” 。最后 ，根据系统的具体工作状态和各 动作步骤的相互关系，再对串接起来的各动作步骤的 “ 电气控 制 回路 总图”进 行适 当的安 全和优化 处 型 。 然而 ，在采用 经 验法 设计 电气控 制 回路 的过程 中，会遇到两个非常突出的问题 1 因为多执行元件的动作步骤重复交叉 ，所 以在不同的步序线上，会出现各个发信元件发出的控 制信号完全相同的现象。也就是说 ，在需要起触发动 作的步序线上 ，无论触发信号与该步序线上处于发信 状态的其他信号怎样组合 通常相 “ 与” ，都会在 两条步序线上有相同的控制信号出现，这必然会在两 条不同的步序线上产生不能允许的重复动作或误动 作，发生因信号复现形成的干扰。 2 当某一主控线圈的受 电需求确定之后，不 仅会遇到长短不同的各种启动信号，而且还会遇到能 满足得电需求的多种关断信号与启动信号组成的多种 控制方式 ，因此需要一定 的设计经验进行择优处理 。 2 常见的问题优化处理方法 2 ． 1 采用干扰 隔离法处理因信号复现形成的干扰 在经验法设计中，为了便于观察和处理在不同的 步序线上有无各发信元件发出的控制信号完全相同的 现象，通常可将各发信元件在各步序线上的工作状态 收稿 日期 2 0 1 2 0 73 1 作者简介廖传林 1 9 6 5 一 ，男 ，副教授，高级工程师，主要从事液压传动教学和科研工作。Em a i l l i a o c h u a n l i n 1 6 3 ． e o m。 1 2 2 机床与液压 第 4 l卷 用数字标注出来，有控制信号 也 即处发信状态 为 1 ，无控制信号为 0 ，并称之为 “ 步序线控制信号 总图” 。例如，在液压系统 中，A缸 、B缸和 C缸的 动作步骤为 A 。 C C B A 一 ， 则 它 们 的 步 序 线 D十 控制信号总图”如图 1中 “ 位移 一时间步骤图”下 部 即 a 0一 c 1 横排数字所示。 图 1 引入隔离继电器前的 “ 步序线控制信号总图” 图 1中，在 2号步序线和4号步序线上 ，所有控 制信号 的动作状态完全一样 即 a 0 、a 1 、b 0 、b 1 、 c 0 、c 1都为0 、1 、0 、1 、1 、0 ，所以当运行到第 4 步时，需要利用 c 0 启动 B一，但是，无论 c 0与 4号 步序线上处于发信状态的其他控制信号 a l ，b 1 怎样组合 ，在 2号步序线上都会有相同的信号组合提 前 出现。这就是说 ，在 步序线 2上，会 提前启 动 B一，这显然干扰和破坏了程序动作的正常运行。 为了阻止这种干扰现象，通常在后面起触发动作 的4号步序线上引人一个隔离继电器 ，隔离继电器的 启动信号是3号步序线上的 c 1 ，关断信号是5号步序 线上的b o ，由隔离继电器组成继电器 自保持电路 ，将 4号步序线覆盖。图 1中引人了隔离继 电器 K 1后 ， 其 “ 步序线控制信号总图”如图2所示。 c1 ／ c 0 I b1 I I I ／ ＼ b 0 I a1l I I ＼ 图2 引入隔离继电器后的 “ 步序线控制信号总图” 在图2中，4号步序线上有了新的处于发信状态 的控制信号 K 1 后 ，就可以将 4号步序线上的启动信 号 b 0和控制信号 K 1 组成 2号步序线上没有的信号组 合 即将 b 0与 K l串联起来，组成 “ 与” 门电路， 作为新的启动信号 ，从而可避开因两条步序线上的 控制信号完全相同而引起的因信号复现形成的干扰。 需要指出的是 ，系统引入了隔离继电器之后 ，隔 离继电器除了可隔离干扰信号外，在系统中常用来代 替发信元件 如图2中的 c 1 ，作为其他动作步骤的 控制信号 启动或关断信号使用。 2 ． 2 利用经验控制方式满足主控线 圈的得 电需求 1 当启动信号比主控线圈的得电需求时间短 ， 通常会有两种控制方式 ① 当有一控制信号发生在主控线圈得电需求的 关断时序线上 ，则可用该 控制信号 的动断 常闭 触点作为关断触点 ，组成继电器 自保持 电路 。其 “ 控制状态时序逻辑图”和可复制 出的 “ 控制 电路” 如图 3所示 。 ． ． ． ． 1 2 得电需求 Y E 1 启动a 1 关断 自保KI 输 出Y E I I l I ● I I ● I a 控 制 状态 时序 逻辑 图 b 电气 控制 回 路 图3 关断触点继电器 自保持电路 图3中，控制电路的逻辑表达式为Y E 1 K 1 a 1 K 1 b l 。 ② 当有一控制信号发生在启动信号动作之前， 结束在主控线圈得电需求的关断时序线上时，则可用 该控制信号的动合 常开触点作为关断触点，组 成变异的继电器 自保持 电路。其 “ 控制状态时序逻 辑图”和可复制出的 “ 控制电路”如图4所示。 ． ． ． ． 1 2 3 得 电需求 Y E 1 启动a l 关断b l 自保KI 输出Y E I a 控制状态时序逻辑图 b 电气控制回路 图4 关断触点变异的继电器 自保持电路 图4中，控制电路的逻辑表达式为Y E 1 K 1 a 1 K 1 ． b 1 。 第 8期 廖传林 等 液压传动程序电气控制经验设计法优化分析 1 2 3 2 当启动信号与主控线圈的得 电需求时间相 同 即主控线圈的得电需求是启动信号的全集时， 则可采用是 门电路。其 “ 控制状态时序逻辑图”和 可复制出的 “ 控制电路”如图5所示。 得 电 需 求 Y E 1 工I 二 【I 二 [I 二 _口I I I 一i,． 1 q 一．[ I 启 珈l 口 I I口 I i lli[i I I I Ⅶ 再 j 胃 a 控制 状态 时 序逻 辑 图 b 电气控 制 l旦 l 路 图5 门电路时序图和电控回路 图5中，控制电路的逻辑表达式为Y E 1 a l 。 3 当启动信号比主控线圈的得电需求时间长， 通常会有 3种控制方式 ① 当有一控制信号发生在主控线圈得电需求的 关断时序线上 ，且该控制信号的延长时间能覆盖启动 信号长于主控线圈得电需求的多余部分时，可用该控 制信号的动断 常闭触点与启动信号组成变异 的 与门电路。其 “ 控制状态时序逻辑图”和可复制出 的 “ 控制电路”如图6 所示。 得 电 需 求 ， 上 二 群 j 二 群 翩 { { 抖{ { 抖 关 断 二 七 二 上 I I I I I I I I I I 输 出 Y E t 亡 臼 j j 七 七 础 a 控 制状 态 时芹 逻辑 图 b 电气 控制 回路 图6 变异与门电路时序图和电控回路 图 6中，控制 电路 的逻 辑表 达 式为 Y E 1 a 1b 1 。 ② 当图6中的控制信号不能覆盖启动信号长于 主控线圈得 电需求 的多余部分时 ，则需要引入一关 断继 电器 自保持电路。该短控制信号可作为关断继 电器的启动信号 ，在得电需求启动信号结束后 的位 置找关断继 电器 的关 断信号 ，用关 断继 电器 的动 断 常闭触点取代图 6中的 b l 。其 “ 控制状态 时序 逻辑 图 ” 和 可 复 制 出 的 “ 控 制 电路 ” 如 图 7 所示 。 图 7中，控 制 电路 的逻 辑 表达 式 为Y E 1 a 1 K1 a lb lK1c 1。 得 电需求{ Y E D 启动a 1 b 电气控制回路 图 7 关断继电器的变异与门电路时序图和电控回路 ③ 当有一控制信号发生在启动信号动作之前 ， 结束在主控线圈得 电需求的关断时序线上 即主控 线圈的得电需求是启动信号与关断信号的交集时， 可用该控制信号的动合 常开触点与启动信号组 成与门电路 。其 “ 控制状态时序逻辑图”和可复 制出的 “ 控制电路”如图 8 所示。 I ． f I l I 得 电 需 求 Y E 二 I 二 ] [ 二 工I 二 ]A 口 I I 启 动 a - ]I L I I II I 关 帅 c { j ] 二目 籼 Ⅶ - j ．I ．I ．I ．I f a 控制状态时序逻辑 图 b 电气控制回路 图8 动合 常开触点与启动信号组成的与门电路 图 8中，控 制 电路 的逻 辑 表达 式 为Y E 1 a 1．b1 [ 引 。 3结论 设计液动程序电控回路时，对于由多执行元件组 成的液压系统来说 ，在长期的生产实践过程中，采用 干扰隔离法处理因信号复现形成的干扰问题是完全可 行和可靠的，采用经验法择优处理主控线圈得电需求 的控制问题不仅比较方便也是行之有效的。 参考文献 【 1 】朱凌宏． 基于 P L C的液压驱动式机械手动作设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 1 ， 3 9 6 7 9 8 0 ， 1 0 4 ． 【 2 】 齐 占庆， 王振臣． 电气控制技术 [ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 2 ． 【 3 】阎石． 数字电子技术基础[ M] ． 北京 人 民教育出版社， 1 981 ． 【 4 】 廖传林． 液压传动与气动技术[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 1 2 ．