3.4 气动元件

随着工业自动化的飞速发展，气动液压元器件在PLC控制系统中越来越多。因气动液压技术已独立成一门专业技术，本节只就一些基本知识作一个简要的介绍，方便读者在后续的课程中学习作参考。

3.4.1 普通气缸

1.单作用气缸

单作用气缸如图3-32所示，只有一端可输入压缩空气，当气缸左腔进气时，气体的压力克服弹簧的作用力，使活塞杆伸出；当左腔无气时，活塞杆便在弹簧的作用下自动返回。

图3-32 单作用气缸

图3-33 双作用气缸

2.双作用气缸

双作用气缸如图3-33所示，可以两端输入压缩空气。当气缸左腔进气，右腔排气时，活塞杆伸出；反之，当气缸右腔进气左腔排气时，活塞杆缩回。

3.4.2 电磁阀

1.电磁换向阀的结构及工作原理

电磁换向阀主要由电磁线圈、阀芯和阀体组成。当线圈通电或断电时，阀芯的滑动将导致气体通过或被切断，以达到改变气体方向的目的。在工业现场常用的电磁阀有二位三通、二位四通、二位五通、三位五通等。现在以一个二位五通阀为例来说明它的内部结构及工作原理。

如图3-34所示，当换向阀左边线圈2单独得电，产生电磁力推动滑芯向右移，此时气压流向为P→B、A→O1、O2口封死。

图3-34 二位五通阀的左线圈得电情况

如图3-35所示，当换向阀右边线圈1单独得电，产生电磁力推动滑芯左移，此时气压流向为P→A、B→O2、O1口封死。

图3-35 二位五通阀的右线圈得电情况

2.方向控制阀的通口数和基本机能

换向阀的基本机能就是对气体的流动产生通、断作用。一个换向阀具有同时接通和断开几个回路，可以使其中一个回路处于接通状态而另一个回路处于断开状态，或者几个回路同时被切断。为了表示这种切换性能，可用换向阀的通口数（通路数）来表达。

（1）二通阀

二通阀有两个通口，即输入口（用P表示）和输出口（用A表示），只能控制流道的接通和断开。根据P→A通路静止位置所处的状态又分为常通式二通阀和常断式二通阀，如图3-36所示。

（2）三通阀

三通阀有三个通口，除P、A口外，还有一个排气口（用O表示）。根据P→A、A→O通路静止位置所处的状态也分为常通式和常断式两种三通阀，如图3-37所示。

（3）四通阀

四通阀有四个通口，除P、A、O外。还有一个输出口（用B表示）。流路为P→A、B→O，或P→B、A→O。可以同时切换两个流路，主要用于控制双作用气缸，如图3-38所示。

（4）五通阀

五通阀有五个通口，除P、A、B外，有两个排气口（用O1、O2表示）。其流路为P→A、B→O2或P→B、A→O1。这种阀与四通阀一样作为控制双作用气缸用。这种阀也可作为双供气阀（即选择阀）用，即将两个排气口分别作为输入口P1、P2，如图3-39所示。

此外，也有五个通口以上的阀，是一种专用性较强的换向阀，这里不作介绍。

图3-36 二通阀

图3-37 三通阀

图3-38 四通阀

图3-39 五通阀

电磁阀的气口用数字及字母标注说明见表3-3。

表3-3 电磁阀的气口表示意义说明表

3.方向控制阀的位数

位数是指换向阀的切换状态数，有两种切换状态的阀称作二位阀，有三种切换状态的阀称作三位阀。有三种以上切换状态的阀称作多位阀。阀的静止位置（即未加控制信号时的状态）称为零位，电磁阀的零位是指断电时的状态。常见换向阀的通路数与切换位置见表3-4。

表3-4 气动换向阀的通路数与切换位置

（1）二位阀

二位阀通常有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通等。二位阀有两种：一种是取消操纵力后能恢复到原来状态的称为自动复位式；另一种是不能自动复位的阀（除非加反向的操纵力），这种阀称为记忆式。

（2）三位阀

三位阀通常有三位三通、三位四通、三位五通等。三位阀中，中间位置状态有中间封闭、中间卸压、中间加压三种状态。

4.电磁阀的电气结构

电磁阀的电气结构应使接线可靠，更换阀体方便，易于维修保养。外接线方式有多种。图3-40所示为电磁阀各种接线方式示意图。

（1）直接引线

接线直接从电磁铁的模压成形塑封中引出导线，且用不同颜色的导线来表示交流、直流和电压等参数。

（2）接线座方式

在模压成形塑封时将接线座与电磁铁制成一体，使用接线端子来连接导线的方式。

（3）DIN插座方式

使用德国DIN标准设计的插座接线端子的接线方式。

（4）接插座方式

在电磁铁上装有接插座的接线方式，并附有连接导线的插口附件。

在阀的电气结构中常常设有指示灯，以识别电磁阀是否通电。通常，交流电工作时用氖灯，直流电工作时用发光二极管。

图3-40 电磁阀的接线方式

5.电磁阀的连接方式

电磁阀的连接方式有板式连接、管式连接、集装式（阀岛、汇流板）连接和法兰连接。

集装连接是在板式连接的基础上出现的一种新的连接方式，如图3-41所示。它使管路大大简化，所占空间大大缩小，装拆简便，特别适用于复杂的气路系统。

在现代气动自动化系统中，常使用PLC进行系统的程序控制。为此，利用数字信号处理技术。将PLC的并联信号变换成串联信号输送给电磁阀，仅用3、4根导线便可同时控制几十个甚至上百个电磁阀。在集装板内装有信号转换器，该转换器将串联信号再次转换为并联信号，并按编码送至指定地址的电磁阀使之动作。采用少接线型集装板大大减少了繁杂的接线工作，又提高了系统工作的可靠性。少接线型集装板应用如图3-42所示。

图3-41 集装式结构图

图3-42 少接线型集装板的应用

3.4.3 PLC应用设计事项

1）单电控阀：在PLC应用控制系统编程时，这种单电控电磁阀加单作用气缸的系统时要记得，气缸要想保持伸出，线圈A+就需要一直得电；如果要使气缸缩回，则只需要让线圈失电。

2）双电控阀：在PLC应用控制系统编程时，由于双电控电磁阀换向阀具有记忆（保持）功能，即只要给电磁线圈通电使阀芯产生可靠移位，此时即使线圈断电，阀芯也不会返回。所以在这种情况下要完成某一个动作是没有必要让线圈一直得电的，而是只需要一个有效的触发脉冲就可以了。但这个触发时间也不能太小，一般来说不低于0.8s，否则若时间太短，阀芯有可能还没来得及动作，控制信号就断掉了。另外这种二位阀只能控制气缸的活塞杆处于两种极限状态，要么伸出，要么缩回，它是不能使活塞杆停留在气缸中间的某个位置的。

3）三位电控阀：在PLC应用控制系统选型设计时要注意，如果希望控制的气缸在中间的某个位置能够停下来，那就要选用三位的电磁换向阀。使用三位阀的特点是：不管活塞杆处在什么位置，只要换向阀两边电磁线圈都失电，阀芯便回到了中位。于是活塞杆便停止移动，停在了当前位置，相当于暂停一样。PLC输出和电磁阀参考接线如图3-43所示。

图3-43 PLC输出和电磁阀参考接线图