基于X-D线图的多缸多往复气动回路设计.pdf

基于 X D线 图的多缸多往复气动回路设计 马 晓明 常州纺织服装职业技术学院， 江苏 常州 I 2 1 3 1 6 4 摘要 针对多缸多往复行程程序控制气动回路的设计难点 ， 对 X- D线图法进行 了补充和完善。通过增加 x D线图标准型 。 规整了复杂气动控制 中信号和动作的关系， 提 出了复合型障碍 I、 Ⅱ型 障碍混 合 信号处理的基本原则和消障措施 ， 并通过实例说明了 X- D线图法设计复杂气动逻辑回路的方 法。 关键 词 X D 线 图 行程 程序控 制 多缸多往 复 消障气 动回路 中图分类号 T H1 3 8 文献标识码 B Th e de s i g n o f p ne uma t i c c i r c ui t of mu l t i -c y l i nd er a nd mu l t i - r e c i p r o c a t i o n b a s e d o n X- D d i a g r a m MA Xi a o mi n g C h a n g z h o u T e x t i l e G a r m e n t I n s t i t u t e ， C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 4， C H N Ab s t r a c t Th i s p a pe r d i s c us s e s d e s i g n d i ffic u l t i e s o f p n e uma t i c c i r c u i t o f s t r o k e p r o g r a m c o n t r o l o f mu l t i c y l i n d e r a n d mu l t i r e c i p r o c a t i o n．As s u pp l e me n t a n d p e r f e c t i o n t o XD di a g r a m ，t h e r e l a t i o n b e t we e n s i g n a l a n d a c t i o n o f c o mp l i c a t e d pn e u ma t i c c i r c u i t i s s t r a i g ht e n e d o u t b y a d d i n g t he s t a n d a r d f o rm o f X D d i a g r a m ； t h e r u l e s a n d me t h o d s o f o b s t a c l e e l i m i n a t i o n a b o u t c o m p l e x o b s t a c l e s i g n a l ma d e o f o b s t a c l e s o f t y p e I a n d t y p e Ⅱ l a r e p u t f o r wa r d ．An e x a mp l e s h o ws t h e me t h o d t h a t a c o mp l i c a t e d l o g i c a l p n e u ma t i c c i r c u i t i s d e s i g n e d wi t h X-D d i a g r a m． Ke y wor ds X-D Di a g r a m ；S t r o k e Pr o g r a m Co n t r o l ；Mu l t i -c y l i n d e r a n d Mu l t i r e c i p r o c a t i o n；Ob s t a c l e El i mi n a t i o n； P n e l 】 ma t j c Cj r c t fi t 在气动回路设计时 ， 由多个气缸构成的行程程序 控制回路需要分析障碍信号， 并对障碍信号进行 消障 处理 ， 若用全气动控制设计回路将 比较繁琐 ， 在生产中 常用 电气控制或 P L C 可编程控制器 控制实现。但 是 ， 在某些防爆和防静电等级较高的场合 ， 全气动控制 回路仍得到非常广泛的应用。 x D线 图法是一种气动回路 的逻辑设计法， 是设 计行程程序控制回路 的常用方法之一 ， 主要用于设计 较复杂或含有多往复动作的 回路 ， 具有故障诊断和排 除较为简单直观 ， 所设计 的气动 回路简单 、 控制准确 、 系统使用维护方便等特点。用这种方法设计多缸单往 复 回路较为简单 、 直观， 但在用于设计多缸多往复回路 时 ， 由于控制回路存在 Ⅱ型或 I、 Ⅱ复合型障碍信号 ， 消障困难 ， 回路复杂 ， 难 以体现 X D线 图法 的直观性 和 简洁性 。 本文以 自动线机械手工作过程为例， 对 x D线 图 画法 、 有障信号的判别、 记忆元件 的插入， 以及复合型 等 ⋯ ” 十 障碍信号的消障等设计步骤作 了改进 ， 使得 回路的信 号与动作关系一 目了然 ， 实现直观 、 方便地用 x D线 图设计多缸多往复行程程序控制回路 的目的。 1 自动线机械手工作程序 i 某 自动 线 机械 手 ， 其 结构 示意 图如 图 1所示。 ／ ／ V／B 其工作要求是 1 通气后初始状态 ①气爪 张开 A ， ； ② 前臂收 缩 B 。 ； ③后臂伸出 C ； ④ 臂座在零位 D n 。 2 手 动 启 动 工 作 程 序 按启动按钮后 ， 臂座旋 转 9 0 。 到工 位方 向一 前臂 伸出到工件上方一后臂收 c响 A -- 气 爪 B一前 臂 ，直 线 气缸 C-后臂 ，直线气缸 D一臂座，旋转气缸 图 1 结构示意 图 缩使气爪接近工件一气爪夹紧工件一后臂伸出拿起工 设计与研究 D e s ig n a n d R e s e a n c h 件一前臂收缩一臂座旋转回零位一后臂收 缩使工件接近工作台一 气爪松开工件一后臂伸出， 系 统回到初始位置 ， 一个工作循环完成。机械手的工作 行程顺序图如图 2所示。 启 动 }。 d L B 旦 C o 一a o C i c 一b o lJ od o 一c o A c 一C I 3 5． 作行程图简化式为D1 Bl C o A o C 1 B 0 Do C o A 1 C 图2 机械手的工作行程顺序 图 由以上分析可知， 该气动系统为多缸多往复系统。 2 绘制 X D线图标准型 2 ． 1绘制一般形 式 X D图 根据上述工作行程顺序图， 可按 x D线图绘制方 法画出一般形式 x D线图， 如图3所示。 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O XD组 D 1 B l c 0 C l B 口 c 0 Al C l c 1 D1 f 、 l D】 2 d 1 B 1 B f 3 b Co C 0 4 c 0 】 A 0 5 a 0 c C1 6 c 】 Bo B n 7 b o 上 0 7 8 d o C o c 0 卜 9 c o A J Al Q l c1 l O C1 图3 一般形 式XD线图 一 般形式 x D线图要求根据工作行程 ， 在 x D 组中画出每一个工作程序的动作线 D线 和信号线 x线 ， 由于后续需要整理成标准型， 暂不画“ 执行信 号表达式” 和“ 备用格” 。 2 ． 2 X D线 图标 准型绘 制原则 x D线图标准型是对一般形式 x D线图的动作 线和信号线进行归类和整理后形成 的， 如图 4所示。 绘制原则如下 1 最上面两行是工作程序序号和相应 的动作符 号。本例中， 1 个工作循环有 l 0个工作程序组成。 2 最左边两列按气缸动作状态分为 8个 x D组 即分为 2 N行 ， Ⅳ为气缸数 ， 每个 x D组表示_种 气缸动作状态 ， 由信号线行和动作线行组成 ， 信号线在 上， 最下面一行为气缸 动作线 。备用格用于绘制消障 后的信号。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O XD 组 执行信号表达式 D 1 B1 C n A 0 C l C 0 A 1 C1 1 c n l,w v Al 似1 C o d o 2 c 0 h A 0 C o d 3 d l Bj 日 d c 0 4 C l ‘ B 0 C 0 0 00 5 al f c1 a 0 d 1 十 0 1 d o C1 b I 6 d o { c n J b 。 ‘ a o a 。 c n 7 c f ‘ D 1 q c l C I 1 D j 8 b o D o} b o a o D 0 c 0 d 0 c o d 1 备 d 】 C l a 1 cl aO a l dl 用 al do b j 格 d o a 0 q c l a 1 I b 0 a o clal l K 图4 XD线 图标准型 3 一个行程开关只能产生一种原始信号 ， 如图 3 中的 C D。 和 c 。 B 。 信号在图 4中是一种原始信号 C 。 ， 且 C 信号线 由C D 和 C ， B 。 两段信号线共 同组 成 。 4 一种气缸动作状态 由不同原始信号控制时 ， 多个原始信号线和该气缸动作线在一个 X- D组中画 出， 如图 4中 X D组 5和6 。 5 一种原始信号控制不 同的气缸动作状态时， 原始信号相同， 信号有效段不同。在每个 X- D组中， 信号线必须画全， 如图4中 X - D组 1和 2 。 3 复合型障碍信号 的消除与执行信号 3 ． 1 判断障碍 信号 x D线图显示 了系统工作行程中触发信号和气 缸动作之间的关系， 只有信号和动作之间相互协调， 控 制信号满足程序动作状态的变换要求 ， 回路才能正常 工作。阻碍动作状态变换的控制信号称为障碍信号， 障碍信号延续的长度称为障碍段 ， 它在 x D线图上用 波浪线表示 ， 即在原有障碍信号线的下边画上波浪线， 如图4所示。障碍信号的一般判别方法是 在同一 x 一 等 z u lI 牛 冤 0 朋 D组中， 信号线的长度大于动作线的长度 ， 该信号为障 碍信号 ， 其超出部分即为障碍段。 在图4的 x D线图标准型中， 障碍信号的判别方 法是 对同一个 x D组 中的信号线 和动作线进行 比 较 ， 以动作线为基准 ， 信号线与动作线不重合 的部分即 为障碍段 ， 该信号为障碍信号。 常见的障碍信号有两种类型。 I型障碍指多缸单 往复系统 由于一种信号固定触发一种动作时发生动作 变换不协调而产生的障碍 ， 如图 4中 X- D组 8 。 Ⅱ型 障碍指多缸多往复系统由于原始信号多次重复出现所 造成的障碍 ， 如图4中 x D组 1 、 2 、 4和 5 。 I、 Ⅱ型障 碍混合的复合型障碍 ， 如图4中 X- D组 3 、 6和 7 。 3 ． 2 障碍信号的消障处理 障碍信号的消除方法各异 ， 但基本原理都是缩短 控制信号存在时间 ， 使之短 于或等于该信号所控制的 动作状态时间； 反映在 X D线 图上就是缩短控制信号 线长度 ， 使之短于或等于此信号所控制的动作状态线 长度。基于这种原理 ， 通过灵活使用“ 逻辑 ‘ 与 ’ 消障 法” 和“ 插入记忆元件法” ， 可以较直观地实现对 I、 Ⅱ 型障碍和复合型障碍的消障， 如图 4所示。消障处理 的原则如下 1 信号 c 。 和 C ， 都是 由两段信号线 类似两个脉 冲信号 组成 的， 消障时将 每个信 号的两段信号线假 想为有间断的一根信号线 ， 这根信号线的起点根据其 同一 x D组 的动作线起点来确定。如图 4中 x D组 1和 2都有 c 。 信号 ， 但信号起点是不同的。 2 按照 1 中方法处理的信号 ， 可选择满足条件 的消障制约信号 ， 用逻辑“ 与” 消障法或插入记忆元件 法进行消障。图4中是逻辑“ 与” 消障。 3 由两段或多段信 号线组成 的信 号， 在通过唯 一 性处理后 ， 产生的中间信号可作为消障制约信号使 用。如信号 C 由两段信号线组成 ， 选择合适信号经过 逻辑“ 与” 运算 即 C Ⅱ 后 ， 控制信号成 为唯一 ， 则 C 6 l, 成为中间信号 ， 可以在其他信号消障中使用 。 4 由两段或多段信 号线组成 的信 号， 不能直接 用于控制动作， 必须经过唯一性处理后方可使用。 5 在为消障选择制 约信号 时， 要尽量避免选择 有两段或多段信号线 的信号 ， 以降低气动 回路的复杂 程度 。 6 动作状态 C 和 c 。 都是 由两段动作线组成 ， 且 每种动作状态都有两种信号控制 ， 消障时将 每个动作 状态的两段动作线独立进行分析。每一段动作线都有 起点和终点 ， 每段动作线和相应的控制信号线为一组 ， 用逻辑“ 与” 消障法或插入记忆元件法进行消障。图 4 一 ； ” D e s ．蝈 n a n d R e se a 设计与研究 中 x D组 5是两个逻辑“ 与” 消障再进行“ 或” 运算得 到执行信号 ； X D组 6是借助中间信号用插入记忆元 件法消障 插 入双气控 二位三通换 向阀作为记忆 元 件 ， 再用逻辑“ 与” 和“ 或” 运算得到执行信号。 3 ． 3确定 执行信 号 将控制信号消障后填人 X - D线图的“ 执行信号表 达式” 中， 如图 4所示。其 中， ， J 动作的控制信号经消 障后为 C ， 考虑程序启动信号 q ， 两者逻辑“ 与” 后成 为 D． 动作的执行信号 。 4 绘制气控逻辑原 理图和气控 回路原理 图 4 ． 1 气控逻辑原理图 气控逻辑原理图是根据 x D线图的执行信号表 达式并考虑必要的其他回路要求所画出的用气动逻辑 符号表示的控制原理图 ， 它是由 x D线图绘制气控 回 路原理图的桥梁 。由图 4中的执行信号表达式可以画 出气控逻辑原理图， 如图5所示。 A1 o B1 B n C l C n D l Do 图5 气控逻 辑原 理图 4 ． 2 气控回路原理图 根据逻辑原 理图 5 ， 可画 出气控 回路原理 图 图 6 。图中各种行 程发信装置与气缸的被控位 置相对 应 ， 并在 回路图中集 中画出， 同时将原始信号气管集中 排列 ， 使气控 回路原理图摆放直观 ， 且管路连接清晰。 5 结语 按图 6的回路原理 图进行系统仿真 ， 仿真结果表 明 机械手的工作行程运行情况与设计 的相同 ， 满足了 设计要求 。这也说明， 经过补充和修正的 x D线图法 可以简单 、 直观地用于多缸多往复气动 回路设计。 初始状态 A1 B o C l D o 工作行程 DlB1 C o A o C 1 B o C o AI C l 图6 气 控回路 原理图 参考文献 [ 1 ] 张利平 ， 等． 液压气 动技术速查 手册 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 o 0 7． [ 2 ] 徐灏． 机械设计手册 第 5卷[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 1 ． [ 3 ] 郑洪生， 等． x D线 图的扩大应用及新 观点[ J ] ． 东北工学 院学报 ， 1 9 8 8 ， 5 5 2 2 4 0 2 4 4 ． [ 4] 何 国金． 多缸多 往复行 程程序 逻辑气 路 x D线 图设计 法的改 进 [ J ] ． 中国铸机 ， 1 9 8 7 4 2 6 3 0 ． [ 5 ] 张德芳． 用X D图法设计标准气动行程程序控制回路[ J ] ． 机械制 造与 自动化 ， 2 0 0 3 6 4 6 4 8 ． [ 6 ] 廖伟超． 以 X D图设计逻辑控制电路 [ J ] ． 中国现代教育装备， 2 0 0 7 9 4 6 4 8 ． [ 7 ] 王小 兰． 几种气动系统 x D图绘制技巧 f J ] ． 大众科技 ， 2 0 0 8 2 l 2 6 -1 2 7． [ 8 ] 熊伟 ， 等． 基于梯形图方法的全气动装 弹机械 手设 计[ J ] ． 机床 与液 压， 2 0 0 7 8 1 4 2 1 4 4． [ 9 ] 朱梅． 基于机械 手的全气 动或 电气 动控制 设计 [ J ] ． 液压 与气动 ， 2 0 0 4 1 3 4 ． 作者 马晓明， 男， 1 9 6 9年 生， 副教授 ， 硕士， 主要 从事机械制造技术及 C A D ／ C A M应用技术方面的教学 与研 究。 编 辑谭 弘颖 收 稿日 期 2 0 1 0 0 9 0 9 文章编号 1 1 0 5 2 4 如果您想 发表对本文的看 法， 请 将文章编号 填入读者意见 调查 表中 的相 应位置。 上接第7 4页 3 仿真结果分析 从上述几组结合面动态参数试验值和仿真值的对 比变化可以看 出， 采用 B P神经 网络方法建立的结合 面动态特性参数的预测模型， 可以根据提供的实际结 合面状态数据训练神经 网络， 从而提供对应 的实际结 合面状态最佳神经网络连接权值 ， 仿真后可以得到符 合实际的结合面状态的结合面动态特性参数。本文的 B P神经 网络方法是 1 种通用形式较好 的结合面动态 特性参数的建模方法 ， 克服了传统理论解析建模 困难 的缺 点。 4结语 将神经网络技术应用到结合面动态特性研究 中， 建立 了预测结合 面动态特性参数 的 B P神经 网络模 型。该模型考虑了影响结合面动态特性参数的各个因 素 ， 克服了非线性规划方法识别结合面动态特性参数 难以保证识别算法稳定性和收敛性的缺点。结合面材 料， 介质和粗糙度等影响可以通过网络结构参数映射 到实际结合状态的结合面动态特性参数预测中。实际 的验证对 比结果也表 明， 采用 B P神经 网络方法对结 合面动态特性参数进行建模和仿真是可行的。 参考文献 [ 1 ] 张学 良， 徐格宁 ， 温 淑华． 机械结合 面静动态特性研 究 回顾 及展望 [ J ] ． 太原科技大学学报 ， 2 0 0 2， 2 3 3 2 7 7 - 2 7 8 ． [ 2 ] 许敏． 机床固定结合面动态与热态特性分析 [ D] ． 南 京 东南大学， 2 0 0 6． [ 3 ] 张广鹏 ， 史文浩 ， 黄玉美． 机床 导轨结 合部的动态特性解析方法及其 应用[ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 0 2 ， 3 8 1 0 1 1 4 - 1 1 7 ． [ 4 ] S U E N P H， HE A L E Y G． Mo d e k i n g a n d c l a s s i f y i n g c o l o r t e x t u r e s u s i n g r a n d o m e n v i r o n me n t [ J ] ． P a t t e r n R e c o g n i t i o n ， 1 9 9 9， 3 2 1 0 0 9 1 0 1 7 ． [ 5 ] MA T L AB神经网络仿真与应用[ M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 6 ] 姜成科． 基于遗传算法的神经网络在大坝变形预报中的应用[ D ] ． 大连 大连理工大学 ， 2 0 0 8 ． 编辑李静 收稿13 期 2 0 1 0 1 2 0 2 文章编号 1 1 0 5 2 3 如果您想发表对本文的看法。 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 I 0