图 5.3a 为利用五路二位方向控制电磁阀控制双作用气缸的来回运 \ 动。当按下 “Start” 按钮时，继电器线 通电，使继电器触点 K1 闭合，K1 闭合使电磁线 通电，电磁线 电磁阀活塞运\动，改变了其通气状态，使双作用气 缸向右动作；当“Start” 按钮释放时，继电器线 断电，使继电器触点 K1 打开， K1 打开使电磁线 断电，从而使电磁阀在弹簧作用下復位，气缸恢復到原来的状 态。 类似地，如果需要控制单作用气缸，则将 5/2 方向控制阀改为 3/2 方向控制阀。

　　图 3.1b 为靠重力復位的单作用气缸工作原理,深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色 表排气(动画)。

　　双作用气缸： 当活塞两侧交替地有压缩空气进入和排出时,其伸出和压回方向均

　　有气压推力作用,使活塞向两个方向运动, 两个方向的运动速度均可以通过调整气压而 控制。活塞的两侧各有一个进气口,当一侧进气时,另一侧作为排气口,反之亦然。 图 3.1c 双作用气缸工作原理

　　电气动系统综合了电动和气动两者的优势﹐其优点為﹕系统传动效率高﹑讯号传 递速度快﹑讯号传递距离长﹑使用寿命长﹑系统尺寸小﹑控制逻辑弹性高﹑无污染。 但其缺点在於执行元件运\动速度的调节范围和运\动精度要低於液压系统和电液系统 ﹐而且噪音较大。

　　常见的气动元件实现的动作方式有叁种:直线往返运动﹑连续转动﹑摆动,对应的 气动元件为:气缸﹑气马达﹑摆动式气缸和齿轮齿条驱动摆动。 直线运动气缸气缸是一种将压缩空气的能量转化为机械能的元件,是常用的气动执 行元件。图 2.1a 为带有簧片开关作为反馈的双作用气缸的结构。 气缸是一种将压缩空气的能量转化为机械能的元件,是常用的气动执行元件。 直线运动气缸主要由前﹑后端盖,活塞,活塞杆,缸体,密封件等装配而成,活塞沿着缸 体滑动,并靠活塞密封圈保持密封,活塞杆与驱动机构连接,传递压力。 气缸按实使用条件不同,其结构形式和种类狠多。按压缩气体对气缸活塞端面作用 力的方向分可以分为:单作用气缸和双作用气缸。

　　能量供应部份:其作用类似人的心脏。 它提供气动执行元件和电气控製作用所需

　　要的能量。 如提供压缩气体的气源系统,提供电气控制元件的电源(交流电或直流电)。 对 於较大型的工厂,各种电气动系统往往安装在不同的车间使用, 一般都採取建立一个压

　　在机械﹑电子﹑纺织﹑印刷﹑交通等行业的自动化生产和控制中,有各种各样的传 动和控制系统。 主要包括:气动(气压传动与控制),液动(液压传动与控制),电动(电气/电子 传动与控制),电-气动,电-液动。这些系统都包括两个方面内容--传动和控制。各种系统 的区别在于传输介质,控制元件,执行元件的不同。表 1.1a 列出了上述系统的特点。

　　图 3.1c 为双作用气缸工作原理,深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色表示排气。

　　第 2 节 气马达 与上述气缸的不同主要它输出扭矩﹐驱动机构作连续的旋转运\动﹐其功能相当於 电机。气马达根据压缩气体的进气口不同可以顺时针或逆时针旋转。气马达适用於无

　　级调速﹐经常改变旋转方向﹐啟动频繁的场合。图 3.2a 為气马达的剖面图。

　　“电气动系统” 是指用电子/电气设备作為控制装置﹐以气动设备驱动执行提供机 械能量的综合系统。与气动系统的区别主要在控制装置的不同。 追踪溯源﹐纯气动技术在几百年之前就出现了﹐当时就出现了气动步枪。二次世界 大战至六十年代中叶﹐纯气动技术有了狠大发展﹐同时﹐电气控制技术也已经產生﹐ 不过﹐由於当时的电磁產品相当不可靠﹐為了消除电气控制与气动控制接口的薄弱环 节﹐气动(包括液动技术)是工业界应用最广泛的传动和控制技术。 气动系统在系统传动效率﹐传递讯号的速度， 讯号传递的距离等方面因素的受到 狠大限制﹐特别是控制系统复杂程度的增加﹐為了适应低成本﹐高生產效率的需求﹐ 人们考虑能否将气动和电动结合起来﹐充份发挥各自的优点﹐这就產生了“电气动” 技术。随着电气控制技术发展﹐电气控制元件巳具有极高的可靠性﹐标準化程度高﹐ 可扩展﹐可编程﹐高度弹性。

　　控制，ON/OFF 开关量控制，OR/NOT/AND 逻辑控制。在电磁阀家族中，最重要的是电 磁控制换向阀(Solenoid actuated directional control valves) 。 电磁控制换向阀的工作原理：在气动回路中，电磁控制换向阀的作用是控制气流 通道的通、断或改变压缩空气的流动方向。主要工作原理是利用电磁线圈产生的电磁 力的作用，推动阀芯切换，实现气流的换向。按电磁控制部分对换向阀推动方式的不 同，可以分为直动式电磁阀和先导式电磁阀。直动式电磁阀直接利用电磁力推动阀芯 换向，而先导式换向阀则利用电磁先导阀输出的先导气压推动阀芯换向。

　　电气动系统原理的英文名是 Electro-pneumatic Systems， 在机械﹑电子﹑纺织﹑印刷 ﹑交通等行业的自动化生产和控制中,有各种各样的传动和控制系统。 主要包括:气动(气 压传动与控制),液动(液压传动与控制),电动(电气/电子传动与控制),电-气动,电-液动。这 些系统都包括两个方面内容--传动和控制。各种系统的区别在于传输介质,控制元件,执 行元件的不同。

　　图 4.2a 表示 3/2(三路二位)直动式电磁阀(常断型)结构的简单剖面图及工作原理。 线圈通电时，静铁芯产生电磁力，阀芯受到电磁力作用向上移动，密封垫抬起，使 1、 2 接通，2、3 断开，阀处於进气状态，可以控制气缸动作。当断电时，阀芯靠弹簧力 的作用恢复原状，即 1、2 断，2、3 通，阀处於排气状态。

　　传输介质 气动 液动 电动 电-液动 电-气动 压缩气体 液压油 电流 液压油 压缩气体

　　执行装置 气缸或气马达 液压缸和液压马达 电机 液压缸和液压马达 气缸或气马达

　　控制装置 气动阀 液压阀 电气/电子装置 电气/电子装置 电气/电子装置

　　根据不同的应用背景和应用环境，可以採用不同的系统，或者是几种系统的组合， 实现整个控制系统优化。

　　图 4.2b 表示 5/2(五路二位)直动式电磁阀(常断型)结构的简单剖面图及工作原理。 起始状态，1，2 进气;4，5 排气;线圈通电时，静铁芯产生电磁力，使先导阀动作，压 缩空气通过气路进入阀先导活塞使活塞啟动，在活塞中间，密封圆面打开通道，1，4 进气，2，3 排气;当断电时，先导阀在弹簧作用下复位，恢复到原来的状态。 阀的功能：(Function)：电磁阀的功能表示它的电-气转换复杂性。阀的功能由两个 数字表示：M 和 N，称为 M 路 N 位电磁阀，“N 位”表示换向阀的切换位置，也表示 阀的状态。阀的位置数目就是 N 的数值，如二位阀有两个位置选择亦即有两种状态， 三位阀则有三个位置选择亦即有三种不同的状态。“M 路”表示阀对外接口的通路， 包括进气口，出气口和排气口，通路的数目便是 M 的数值，如二路阀，三路阀等。图 4.1a 例子中的阀为 3/2 直动式电磁阀，念作“三路二位阀” ，表示该阀有两个位，即 “通”和“断” 两个状态，有三个气口，分别为 1：进气口，2：出气口，3：排气口。

　　单作用气缸： 活塞只有一侧有压缩空气进入,即气缸上只有一个压缩空气的入口,

　　故只有一侧有气压推力作用,气缸的工作行程仅限在一个方向。气缸的活塞可在弹簧﹑ 重力或其他外力的作用下回復到原来的位置。

　　图 3.1a 为弹簧復位的单作用气缸工作原理,深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色表 示排气。当近气口有压缩气体进入时,活塞在气体压力的作用下压缩弹簧向右移动,当没 有压缩气体进入时,活塞在弹簧力作用下退回到原来的位置。

　　气动执行部份:可以将气动执行部份比喻成人的手和腿。 它是整个系统的终端输

　　出,将压缩空气的压力能转化为机械能,直接驱动应用对象,如车门,传送带,导轨,夹具等。 它受控於电气控制系统的作用,在适当的时机按适当的动作方式执行。典型的气动执行 元件有气缸,气马达等。 图 2.1a 为一个工厂典型的电-气控制系统结构和布局。

　　电-气转化元件将电讯号转化为气动讯号，电气讯号输入控制了气动输出。最常用 的电-气转换元件是电磁阀(Solenoid actuated valves) 。电磁阀既是电器控制部分和气动 执行部分的接口，也是和气源系统的接口。电磁阀接受命令去释放，停止或改变压缩 空气的流向，在电-气动控制中，电磁阀可以实现的功能有：气动执行元件动作的方向

　　电气控制元件从功能上分为逻辑控制元件和电气转换元件。 逻辑控制元件主要用於讯号控制和处理，需要的能量狠少，可以用作电磁操作开关。 典型的有继电器，计数器等。 继电器：图 4.1a 為继电器结构。当线圈一通电，电流通过线圈并產生磁场，该磁 场令衔铁拉向铁芯，使触点闭合，线圈只要有电，这种状态一直保持，当线圈断电时， 衔铁在復位弹簧的作用下恢复原位。 计数器：能统计电流从“0 ” 变为“1 “的次数，如果次数大 ys 於或等於预置的 数值，输出触点的开关便改变。

　　电气系统设计的主要任务是画系统回路图。回路图表示了系统的电和气讯号在各 个元件中的流向以及各个元件之间的联系。

　　为了将电气系统的各个元件表示在系统回路中，需要為每个元件定义唯一、标准 的符号，它能识别和清楚地表示元件的功能、动作方式、连接的标誌，但不需要表示 元件的尺寸、物理特性、製造方法等。件元的符号遵守 ISO 标准。

　　要按照指定的逻辑控制气动元件的动作。比如汽车车门的开啟控制,汽车车门的开啟所 由气缸来推动,而气缸活塞何时动作以及向哪个方向运动,这都是由电气控制部份控制 的。 对电气控制系统的更细的划分可以包括:输入元件和处理元件。输入元件作为控制系统 部份的初始触发和反馈讯号,如限程开关,按钮和接近感应器。处理元件将电讯号转化为 气讯号或进行逻辑控制,典型的元件如继电器,计数器,电磁阀。

　　电气动系统回路设计取决於应用对象的规模和復杂性。包括气动回路和电气控制 回路。不管是气动回路还是电气控制回路，任何復杂的回路都可以由多个基本回路组 合而成，基本回路完成基本的动作和控制，它也是由一系列元件构成，基本回路有单 作用气缸控制回路、双作用气缸控制回路、延时回路、计时回路、保持回路等。 气动回路：气动回路表示了气讯号的流向。从气源开始，经过电气转换元件，直 到气动执行元件（如气缸）。在设计气动回路时，首先需要根据应用对象选择最合适 气动元件和电气控制元件；然后依据气讯号的流向连接各个元件，并确定各个元件的 接口。 电气回路：电气回路表示了电讯号的流向。电气回路设计比气动回路相对復杂， 因为它要体现系统的控制逻辑。在设计电气回路时，首先需要根据应用对象的控制要 求确定控制逻辑；然后根据控制逻辑选择相应的电气控制元件；最后连接各个电气元 件。 早期的系统回路设计完全靠手工完成，现在出现了许多电脑辅助设计软件和各种元件 库，设计者只要选择需要的元件并将元件连接起来就可以了，更有用的是软件提供了 模拟和仿真功能，可以根据设计好的回路图，预览各种元件的动作，及时发现设计中

　　或称摆动式马达﹐它由缸体﹐定子﹐转子和叶片组成。定子和缸体固定在一起﹐ 叶片与转子(即输出轴) 连接一起。 缸体上有两个气口﹐A 口进气时﹐B 口排气﹐压缩气 体推动叶片带动转子逆时针转动﹐反之则作顺时针转动﹐因此﹐也是双作用气缸。 转子可以是单叶片﹐也可以是双叶片。摆动角度一般有﹕90﹐180﹐270。摆动式气缸 一般用於安装位置受限制的场合﹐如夹具的迴转﹐工作臺转位等。图 3.3a 為单叶片摆 动式气缸工作原理。