电气动系统原理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。
第1章传动控制系统种类第1节电气动系统概述在机械﹑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。
传输介质执行装置控制装置气动压缩气体气缸或气马达气动阀液动液压油液压缸和液压马达液压阀电动电流电机电气/电子装置电-液动液压油液压缸和液压马达电气/电子装置电-气动压缩气体气缸或气马达电气/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。
第2节电气动系统产生背景“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。
第3节电气动系统特点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。
第2章电气动系统组成第1节典型电气动元件的组成电气动系统由三部份组成:1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缩空气源(站)集中供气,并通过管道分别输送至各用气车间。
2电气控制部份:电气控制部份的作用相当於人的大脑。
对於不同的应用环境,需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。
3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。
图2.1a电气动系统组成第3章气动执行元件工作原理第1节直线运/气缸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。
1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带弹簧復位的单作用气缸工作原理图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。
图3.1b靠重力复位的单作用气缸工作原理图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)。
2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。
图3.2a气马达的剖面图第3节摆动式气缸或称摆动式马达﹐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。
图3.3a单叶片摆动式气缸工作原理第4章电气控制元件工作原理第1节逻辑控制元件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。
图4.1a继电器第2节电-气转换元件电-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。
图4.2a:直动式3/2电磁控制方向阀的结构及工作原理图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。
图4.2b5/2先导式电磁控制方向阀结构及工作原理图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。
第5章概述第1节电气动系统设计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。
第2节电气元件的符号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。
第3节系统回路设计(电气回路，气动回路)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）。