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2.4自动送料装置气控回路组装与调试
1）能辨别常用行程阀、行程开关、接近开关的实物与图形符号。
2）能够阅读与分析行程程序控制回路的工作原理图。
3）能合理选用气动元件及工具进行行程程序控制回路的搭建与调试。
4）能进行行程程序控制回路常见简单故障的分析与排除。
自动送料装置结构示意图如图2-44所示，主要由推料气缸、料仓等组成。当按下起动按钮后，推料气缸活塞杆伸出，将底层的第一个物料推出料仓，在物料被推到指定位置后，推料气缸活塞杆快速返回，返回到位后，推料气缸再次伸出重复相同的工作。
图2-44 自动送料装置结构示意图
本任务要求气缸能自动实现伸出和缩回循环，解放了人力，实现了自动化生产。任务中要求气缸伸出到位后退回，退回到位后伸出循环工作。为了判断气缸的动作是否到位并起动下一步动作，一般采用位置传感器发出信号来实现位置检测，并发出下一步动作起动信号，从而控制回路循环动作。
在采用行程程序控制的气动回路中，执行元件的每一步动作完成时都有相应的发信元件发出完成信号，下一步动作都应由前一步动作的完成信号来起动。在气动系统中，行程发信元件一般为位置传感器。在一个回路中有多少个动作步骤，就应有多少个位置传感器。
在全气动控制回路中，最常用的位置传感器是行程阀；采用电气控制时，最常用的位置传感器有行程开关、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、光纤式传感器和磁感应式传感器。除行程开关外的各类传感器由于都采用非接触式感应原理，因此也称为接近开关。
当安装位置传感器比较困难或者根本无法进行位置检测时，行程信号也可用时间、压力信号等其他类型的信号来代替。此时所使用的检测元件是相应的时间、压力检测元件。
行程开关又称限位开关或位置开关 ，如图2-45所示，它是最常用的接触式位置检测元件， 是一种根据运动部件的行程位置来切换电路工作状态的控制电器 。它的工作原理和行程阀非常接近。行程阀是利用机械外力使其内部气流换向，行程开关则是利用机械外力改变其内部电触点的通断情况。
电容式接近传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很像“打开的”电容器电极。这两个电极构成一个电容，串接在 RC 振荡回路内，其工作原理如图2-46所示。电源接通时， RC 振荡器不振荡，当一物体朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将不振荡和振荡两种信号转换成开关信号，从而达到了检测有无物体存在的目的。 这种传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体。 对于金属物体，可以获得最大的动作距离；而对于非金属物体，动作距离的决定因素之一是材料的介电常数。材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。材料的面积对动作距离也有一定影响。电容式接近传感器的图形符号与实物图如图2-47所示。
图2-45 行程开关的图形符号及实物图
图2-46 电容式接近传感器的工作原理
图2-47 电容式接近传感器的图形符号与实物图
电感式接近传感器的工作原理如图2-48所示。电感式接近传感器内部的振荡器在传感器工作表面产生一个交变磁场，当金属物体接近这一磁场并达到感应距离时，在金属物体内产生涡流，从而导致振荡衰减，直至停止振动。振荡器振荡及停止振荡的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制元件，从而达到非接触式检测的目的。 电感式接近传感器只能检测金属物体。 电感式接近传感器的图形符号与实物图如图2-49所示。
图2-48 电感式接近传感器的工作原理
光电式接近传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测的。光电式接近传感器的工作原理如图2-50所示，它通常由发射器、接收器和检测电路三部分构成。发射器对准物体发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管和激光二极管等半导体光源。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器由光敏二极管或光敏晶体管组成，用于接收发射器发出的光线。检测电路用于滤出并应用有效信号。常用的光电式接近传感器又可分为漫射式、反射式、对射式等几种。光电式接近传感器的图形符号与实物图如图2-51所示。
图2-49 电感式接近传感器的图形符号与实物图
图2-50 光电式接近传感器的工作原理
图2-51 光电式接近传感器的图形符号与实物图
磁感应式接近传感器利用磁性物体的磁场作用来实现对物体的感应，主要有霍尔传感器和磁性开关两种类型。
1）霍尔传感器 当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象称为霍尔效应。霍尔元件是一种磁敏元件，用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器，也称为霍尔开关。当磁性物体移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在并输出信号。 这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。
2）磁性开关 磁性开关可以直接安装在气缸缸体上，当带有磁环的活塞移动到磁性开关所在位置时，磁性开关内的两个金属簧片在磁环磁场的作用下吸合，发出信号。当活塞移开时，舌簧开关离开磁场，触点自动断开，信号切断。通过这种方式可以方便地实现对气缸活塞位置的检测。
磁感应式接近传感器利用安装在气缸活塞上的永久磁环来检测气缸活塞的位置，省去了安装其他类型传感器时所必需的支架连接件，节省了空间，安装调试也相对简单省时。 其图形符号、实物及安装方式如图2-52所示。
图2-52 磁感应式接近传感器的图形符号、实物及安装方式
行程程序控制回路又称为顺序动作回路，是指在气动回路中，各个气缸按一定程序完成各自的动作。单缸往复动作回路可分为单缸单往复和单缸连续往复动作回路。前者是指在给定一个信号后，气缸只完成A 1 A 0 （A表示气缸，下标“1”表示A缸活塞伸出动作，下标“0”表示活塞缩回动作）一次往复动作。而单缸连续往复动作回路是指输入一个信号后，气缸可连续进行A 1 A 0 A 1 A 0 ……动作 。行程程序控制回路有全气动控制方案也有电气控制方案，全气动控制方案可采用行程阀，电气控制方案可以采用行程开关或接近开关。
图2-53所示为行程阀控制的气缸单往复动作回路。当按下按钮阀1S2的手动按钮后，压缩空气使气控阀1V1换向，活塞杆前进，当凸块压下行程阀1S1时，阀1V1复位，活塞杆返回，完成A 1 A 0 循环。
图2-53 气缸单往复动作回路
图2-54a所示为气缸连续往复动作回路，能完成连续的动作循环。行程阀1S1初态被活塞杆压下，气控阀1V1换向，当按下按键阀1S3的按钮后，活塞向右运动；活塞到达行程终点后压下行程阀1S2，使阀1V1复位，气缸返回。活塞回到行程起点压下行程阀1S1，阀1V1再次换向，活塞再次向前，形成A 1 A 0 A 1 A 0 ……连续往复动作，提起阀1S3的按钮后，阀1V1复位，活塞立即停止运动。
图2-54b中的阀1S3安装在气控阀1V1的主气路上，直接控制气缸动作，故关闭阀1S3，气缸气源即被切断，气缸在任意位置即刻停止，不能缩回。 故一般情况下，不应将定位开关作为起动信号去控制气缸的气源 ，应将阀1S3安装在阀1S1对应阀1V1控制气路上，如图2-54a所示，无论何时关闭阀1S3，气缸都会完成最后一个循环后再停止。
图2-54 气缸连续往复动作回路
以图2-54a所示的气缸连续往复动作回路为例，用FluidSIM-P软件绘制的回路实际图形如图2-55所示。回路采用行程阀作为位置检测元件，气缸伸出时需满足的条件为初始位置的行程阀1S1压下且起动按键1S3压下；气缸缩回的条件为终点处行程阀1S2压下。由于在软件内部行程阀与气缸没有建立联系，故不能实现行程控制仿真。 要实现行程控制仿真，应给行程阀建立标签，并在气缸上使用标尺定义行程阀位置。
分别双击图2-55中两行程阀的机动滚轮
（注意不是双击阀体），弹出图2-56所示的“元件关联”对话框，在“标签”文本框中输入对应行程阀的标签名“1S1”“1S2”，关闭对话框。
图2-55 简单行程阀行程控制回路（未定义标尺）
注意：在FluidSIM软件中，当多个开关类元件具有相同的标签时，如果仅驱动一个机械开关，则其他所有机械开关都将动作。
将元件库中的标尺
拖放至气缸附近，标尺自动占据正确位置。轻微地移动气缸，标尺就会随气缸移动。如果移动气缸的距离大于10mm，则会破坏标尺与气缸之间的联系，标尺也不再随气缸的移动而移动。
图2-56 “元件关联”对话框
双击气缸，弹出图2-57所示的“双作用缸”对话框，在其中可以定义气缸输出力、最大行程、活塞位置、活塞面积和活塞环面积。单击“编辑标签”按钮或双击气缸旁边的标尺，弹出图2-58所示的“标尺”对话框，在“标签”文本框中输入对应行程阀的标签名“1S1”“1S2”，在“位置”文本框中输入对应行程阀的位置，此处输入“0”“100”，单击“确定”按钮，关闭“标尺”对话框。如图2-59所示，标尺下面对应位置立即显示对应行程阀标签，行程阀1S1自动变成被压下的初始状态，即图中行程阀1S1处阴影部分所示。
图2-57 “双作用缸”对话框
图2-58 “标尺”对话框
电气控制的行程程序控制回路的绘制方法和全气动控制的行程程序控制回路大致相同，也需要 通过定义位置传感器标签和气缸标尺来建立传感器与气缸之间的联系。
但是，使用行程开关作为位置传感器时，FluidSIM软件元件库中只有图2-60所示的开关触点，而没有图2-61所示的行程开关触点，类似的情况还有后面要学习的时间继电器开关触点、压力继电器开关触点。FluidSIM软件将根据触点使用性能、触点标签和相应触点符号，自动识别延时触点、行程开关触点和压力开关触点。
在绘制电路图时，直接调用图2-60所示的开关触点（注意常开和常闭）并定义标签1B1、1B2即可，在定义气缸标尺“标签”和“位置”后，开关触点符号将自动变为行程开关符号，
如图2-61所示，且如果行程开关在回路初始状态下即被压下，如行程开关1B1位于活塞杆初始运动位置，则FluidSIM软件将显示其被压下状态，并在符号左侧显示动作符号
。
图2-59 简单行程阀行程控制回路（定义标尺）
图2-60 开关触点
图2-61 行程开关触点
2.4自动送料装置气控回路组装与调试气电控制仿真
2.4自动送料装置气控回路组装与调试全气动控制仿真
采用行程阀作为位置检测元件，气缸起动时需满足的条件为初始位置时行程阀1S1压下且起动按键1S3压下，是逻辑与的关系，可以采用双压阀或串联换向阀实现；气缸缩回的条件为终点处行程阀1S2压下。
采用控制阀串联设计的控制回路如图2-59所示。
采用双压阀设计气动控制回路的草图如图2-62所示，请补充完成。
图2-62 自动送料装置气控回路设计（1）
采用行程开关作为位置检测元件，气缸起动的条件为起点处行程开关1B1压下且起动按键1S1压下，将两者串联实现逻辑与关系；气缸缩回的条件为终点处行程开关1B2压下。
补充完成图2-63所示的设计草图。
1）根据项目要求设计回路，在仿真软件中进行调试和运行。
2）选择相应元件，在实训台上组建回路并检查回路是否正确。实训中要严格按规范操作，小组协作互助完成。
注意：
① 行程检测元件一定要布置在气缸运动行程上 ，不可随意布置，如图2-64所示。
② 安装行程检测元件后手动往复推拉气缸活塞杆，检查行程检测元件是否可以被压下到位 ，如图2-64所示，如果不能压下到位，回路将不能正常工作。此时气缸接气口应开放，否则可能拉不动活塞杆。
图2-63 自动送料装置气控回路设计（2）
2.4自动送料装置气控回路组装与调试全气动控制实训
2.4自动送料装置气控回路组装与调试气电控制实训
图2-64 行程检测元件布置示例
③行程检测元件（如行程开关、行程阀）也有常开、常闭两种状态，本任务中采用的都是常开元件。
3）连接无误后，打开气源，观察压力表指示的压力是否在合理范围内。
4）观察运行情况，分析和解决使用中遇到的问题。
5）完成实训并经教师检查评估后，关闭电源、气源，拆下管线，将元件放回原来位置，做好实训室整理工作。
1）电容式接近传感器与电感式接近传感器的应用区别是什么？
2）光电式接近传感器的工作原理是什么？
3）在全气动控制方案中，按钮阀为何要设计在控制气路中，而不控制五通阀主气路？