FluidSIM-P在定量灌装试验台气动系统改进中的应用肖世耀李湘伟（广东轻工职业技术学院机电工程系广东广州510300上利用FluidSIM-P软件设计了电气动控制回路，仿真结果表明电气动控制回路是可行的。与原气动系统相比，改进后的系统具有故障率低、响应速度快、控制精度高的特点，可以提升定量灌装试验台的整体性能。
定量灌装技术在灌装行业中应用广泛，液体定量灌装多用容积式定量法。常用的容积式定量法有控制液位定量法、定量杯定量法、定量泵定量法，其中定量杯定量法是将液料先注人定量杯中，然后再进行灌装的。要改变每次的灌装量，只需改变调节管在定量杯中的高度或更换定量杯，这种方法避免了瓶子本身的制造误差带来的影响，故定量精度较高。
灌装阀是灌装机的核心机构。灌装阀的控制方式有电控、气控、电气控方式。由于气压传动有适用于集中供应和远距离输送、气动动作反应快、维护简单、丁作介质清洁、丁作环境适应性好、成本低、过载能自动保护等优点，而电控有信号传送快、滞后小、可以远距离传递，适合丁厂自动化控制的优势，因此电气控相结合的方法是一种较好的灌装阀的控制方式，非常适合在食品、轻工、纺织、印刷、精密检测等环境中米用。
目前我国的设备生产厂家的定量灌装机在灌装能力、效率及自动化程度等方面各有优缺点，不同程度地制约着产品包装质量和生产率，对传统的定量灌装机的控制系统进行升级改造是提高其自动化水平的经济、快捷的途径。传统的设计方法将气动系统和电气控制系统分开进行，很难满足气、电一体化的要求。为了提高设计效率、可靠性，应用现代仿真软件FluidSIM-P是解决这一问题的有效途径。
1定量灌装试验台的介绍1.1定量灌装试验台的组成定量灌装试验台主要结构由机架、料罐、灌装阀、：2015-07-27科研和教学工作。
计量活塞缸以及气动系统等部分组成。
机架主要用来支撑试验台其他组成部件。为了减轻定量灌装试验台的重量，机架由等壁厚异型无缝钢管（方管型号40x40x4）焊接而成，具有质量轻，移动方便的优点。
料罐用来存储灌装液，水平安装在机架的上面，它的下端面与灌装阀相连。料罐盛装的灌装液可以是各流体状液体，但是流体的粘度不能太，否则影响灌装的速度和灌装的精度。在进行灌装试验的时候，可采用自来水作为灌装液。
灌装阀是灌装试验台上的核心部件，它是完成灌装丁艺要求必要部件，其功能在于根据灌装丁艺要求，以快的速度打开或切断料罐和灌装容器之间液体流动的通道，保证灌装丁艺过程的顺利进行。其结构主要由摇杆手臂、转盘、挡板、阀体、阀体端盖、进料口、灌装口组成，如所示。水平气缸的活塞杆与摇杆手臂相连，水平气缸活塞杠的伸缩带动灌装阀的阀芯顺时针或者逆时针旋转。灌装阀主要是由可动部分和不可动部分构成，不可动部分的阀体上开有三个孔眼，它们分别与可动部分的内转轴的三个孔眼相对应。通过转动的角度就能通过阀体和内转轴的流体通路，与料罐和灌装瓶相通，从而完成灌装丁艺的各个过程。其丁作原理如下述。
丁作位置：水平气缸活塞杆推动摇杆手臂与转盘，从而带动灌装阀的阀芯由从原始位置逆时针旋转90度，内转轴的孔眼与阀体的进料孔眼接通，与料罐连通，内转轴的弧形孔与阀体的计量活塞缸的孔眼接通，形成通路，完成进料过程。
第二丁作位置：水平气缸活塞杆推动摇杆手臂与转盘，从而带动灌装阀的阀芯一起顺时针旋转90度，内转轴的孔眼与阀体的出料孔眼接通，内转轴的弧形孔与阀体的计量活塞缸的孔眼接通，形成通路，同时垂直气缸的活塞杆往上运动，将计量活塞缸里面的液料推出，完成一次灌装丁艺过程。
1-摇杆手臂；2-转盘；3-挡板；4-阀体；5-阀体端盖；7-进料口；8-灌装口灌装阀的结构计量活塞缸主要由缸筒、端盖、活塞和活塞杆组成。缸筒用的材料是45号无缝钢管，活塞和活塞杆的材料为45号钢。计量活塞缸的无杆腔盛放灌装液同时实现定量。活塞杆外端采用内螺纹形式，通过连接杆与垂直安装气缸的活塞杆相连。
从计量活塞缸出来的灌装液经灌装头进人到待灌料瓶，灌装头的口径的大小要小于待灌料瓶瓶口的尺寸，以便于灌装头阀套伸人料瓶，防止喷。灌装量越大灌装速度要求越快，灌装头阀套适当增大。
气动系统是定量灌装试验台的控制系统。通过水平安装的气缸和垂直安装的气缸的动作，从而带动灌装阀转动及带动计量活塞缸杆上下往复运动，进行灌注，吸料等一系列的循环动作。
1.2定量灌装的原理当垂直气缸的活塞杆带动计量缸的活塞往下运动时，计量缸吸料，活塞运动到下端，计量缸吸满料，水平气缸伸出，灌装阀的阀芯转动，进料阀口关闭，出料阀口打开，垂直气缸活塞杆推动计量缸的活塞往上运动，开始灌注。当计量活塞缸的活塞伸出的过程中，其挡块碰到行程阀的滚轮，水平气缸回缩，灌装阀的阀芯转动，出料阀口关闭，停止灌注，进料阀口打开，开始进料，如此往复循环。
灌装的容积为计量活塞缸的直径，i是计量活塞缸的行程（垂直气缸的行程），当计量活塞缸的直径一定时，进人到灌料瓶的容积取决于计量活塞缸的行程，而垂直气缸的运动行程是由垂直安装的2个行程阀的安装位置决定的，因此可以通过改变行程阀的安装位置来实现不同容积的灌装。如果行程阀的安装位置不变就可以实现定量灌装，灌装的速度可以通过调节垂直气缸上的单向节流阀的开口来实现。
1.3定量灌装试验台的气动系统定量灌装试验台气动系统主要由气源、气动三联件、人力阀换向阀（1个）、单杆双作用气缸（2个）、二位五通气控换向阀（2个）、单向节流阀（4个）、行程阀（4个）等组成，其中A缸垂直安装、B缸水平安装。
定量灌装试验台的气动系统原理图的绘制FluidSIM-P软件将CAD功能和仿真功能紧密联系在一起。其图库中有大量标准液压、气动、电气元件。在绘制气动原理图的时候，可把图库中的元件直接拖到制图区生成该元件的原理图，各种元件接口间气路的连接，只需在两个连接点之间按住鼠标左键移动，即可自动生成所需的气路，并且可根据需要自由调节已生成气路的位置，避免了气路之间的相互交叉。把元件全部拖拉到右边的设计区，再进行个各元件的合理排布，得到所示的气动系统原理图。
定量灌装试验台的全气动系统原理图在绘图过程中，FluidSIM-P软件可以通过其查错功能，将检查各元件之间的连接是否可行，较大地提高了绘制原理图的丁作效率。
第44页定量灌装试验台的气动系统的分析通过气动三联件的减压阀设定气动系统压力为0.8MPa，二位三通的人力阀作为气源开关，气缸A和气缸B的运动是由是行程阀a.、行程阀a，行程阀b、行程阀控制气控换向阀的换向来实现的，初始状态气缸A是伸出状态，气缸B是缩回状态。气动系统的丁作过程如下：按下人力阀的按钮，气源开始供气，气缸A缩回，行程阀a.在弹簧力的作用下复位，当气缸A活塞杆缩回到位时，活塞杆上挡板块压下行程阀a，的滚轮，行程阀a，阀芯换向处于上位，气压进人到主阀Fb左腔，则主阀Fb处于左位丁作状态，气缸B活塞杆伸出，行程阀b，在弹簧力的作用下复位；气缸B活塞杆伸出到位，活塞杆上的挡板压下行程阀b.的滚轮，行程阀b.阀芯换向处于上位，气压进人到主阀Fa左腔，则主阀Fa处于左位，气缸A伸出，行程阀a，在弹簧力的作用下复位；气缸A活塞杆伸出到位，活塞杆上挡板压下行程阀a.滚轮，行程阀a.阀芯换向处于上位，气压进人到主阀Fb右腔，则主阀Fb处于右位，气缸B缩回，行程阀b.在弹簧力的作用下复位；气缸B收缩到位，活塞杆上的挡板压下行程阀b，的滚轮，行程阀b，阀芯换向处于上位，气压进人到主阀Fa右腔，则主阀Fa处于右位，气缸A缩回，行程阀a.在弹簧力的作用下复位，气缸A收缩到位；然后按照⑴一>⑵一K3）―K4）―KU循环往复执行。
1.4定量灌装试验台的存在的问题t）行程阀的失效，导致无法灌装通过上面的分析可知，水平气缸和垂直气缸的运动完全由行程阀所决定的，但是由于灌装环境比较潮湿，行程阀的操控头容易生锈，如所示，有些时候还出现阀芯卡死的情况，导致灌装无法正常进行。
行程阀操控头生锈2）灌装精度不高，系统的重复性较差在，该系统主要由气源、气动三联件、人力阀、单杆双作用气缸、二位五通电磁换向阀、磁性开关、单向节流阀等组成，其中所选择的气缸的活塞装有磁环、缸筒外部有安装磁性开关的安装槽。设置气源压力为0.8MPa，人力阀控制气路的通断。每个气缸上设置标尺，模拟磁性开关的位置，A气缸和B气缸回路中的单向节流阀，都采用排气节流的安装方式，通过改变单向节流阀的开口大小以调整气缸的运行速度，以满足实际的灌装速度要求。气动系统中的二位五通电磁换向阀的每个线圈做好标记以备控制。每个气缸根据实际情况设置参数，气缸行程决定了磁性开关的放置，输出力体现实际承载能力，活塞面积间接决定了气缸的缸径值。
等压灌砚试验台的改进后的气动回路2.2气动回路的电气控制系统设计为达到定量灌装的丁作要求，需要有一定的电气控制系统完成各部分正常运行，其中输人信号有按钮和各气缸上的磁性开关，输出主要有电磁阀，为了完成逻辑关系，还用到了中间继电器。为等压灌装试验台的电控回路图。SB1为停止按钮，SB2为启动按钮，YV1和YV2分别为控制A缸伸出和缩回的电磁铁，YV3和YV4为控制缸B伸出和缩回的电磁铁，KA1，KA2，KA3，KA4，KA5，KA6，KA7为起控制作用的中间继电器，A0和A1为检测缸A缩回和伸出的磁性开关，B0和B1为检测缸B缩回和伸出的磁性开等压灌装试验台的电控回路图FuidSIM-P软件有丰富的电控元件供选择，在元件库中调出电气元件，比如24V电源、各种主令开关、继电器线圈以及磁性开关等。使用时电气元件和气动元件通过标签建立联系，气动系统中的位置传感器A.、A，和电控回路中的位置传感器A.、A，建立联系，从而把气动回路和电控系统连接起来。
1）电气控制系统设计的特点用磁性开关来检测活塞的位置，从安装、调试等方面，都比使用其他限位开关方式简单、省时。气缸活塞的伸出和缩回采用了磁性开关，A缸缩回位和伸出位安装了磁性开关A.、A，B缸缩回位和伸出位安装了磁性开关B.、B，磁性开关的位置的改变很方便，有动作指示灯显示，安装、维护、检查都非常方便。
磁性开关响应快，动作时间短，控制精度高。
由于电控系统的电信号传递速度快，系统的响应性更高，控制的精度和重复性更高。
系统运行平稳，无撞击。带有磁环的气缸活塞移动到一定位置，磁性开关进人磁场内，两簧片被磁化而吸引，从而发出电信号，是一种非接触式的感应，在这个过程中没有碰撞和冲击现象，避免了所示气动系统行程阀换向过程中的冲击和碰撞问题。
设置了停止按钮，由于气动系统采用了二位五通电磁换向阀，该阀具有记忆功能，因此按下停止按钮后，气缸不会立即停止动作，而是会运动到初始位置停止。
2）电气控制系统丁作原理原始位置为缸A活塞杆在缩回位（电磁阀YA初始位置为右位），缸B活塞杆在伸出位（电磁阀YB初始位置为左位），按下人力阀，接通气路，按下启动按钮SB2，KA1线圈接通，KA1常开触点闭合，磁性开关A0检测到，其常开触点闭合，KA2线圈接通，KA2常开触点闭合（同时KA3线圈接通，KA3常开触点闭合），接通电磁阀电磁铁YV4线圈，二位五通电磁换向阀YB到右位，气缸B活塞杆缩回。
当气缸B活塞杆缩回到位时，磁性开关B0检测到，其常开触点闭合，KA4接通，其常开触点闭合，接通电磁阀电磁铁YV1，二位五通电磁换向阀YA到左位，气缸A活塞杆伸出，KA2失电，YV4失电。
当气缸A活塞杆伸出到位后，磁性开关A1检打士咖等压潜装试验台的改呤后的气动回路：在绘图区域外放1对象。
确定取消C：等压潜装试验台的改呤后的气动回路。Ct：提示鍪告，是否启动仿真是测到，其常开触点闭合，线圈KA5接通，其常闭触点断开，KA3、KA4失电断开，YV1失电；KA5常开触点闭合（同时KA6线圈接通，其常开触点闭合），接通电磁阀电磁铁YV3，二位五通电磁换向阀YB到左位，气缸B活塞杆伸出。
当气缸B伸出到位后，磁性开关B1检测到，其常开触点闭合，KA7接通，其常开触点闭合，接通电磁阀电磁铁YV2，二位五通电磁换向阀YA到右位，气缸A活塞杆缩回；当气缸A缩回到位后，磁性开关A0检测到，其他动作如步，气缸B活塞杆缩回，循环反复。
3气动控制系统的仿真FluidSIM-P软件具有先进的回路仿真功能，可以对绘制好的气动回路（电控回路）进行仿真，通过强大的仿真功能可以实时显示控制回路的动作，因此可以及时发现设计中存在的错误，帮助设计出结构简单、丁作可靠、效率较高的优回路。
下面以定量灌装试验台改进后的气动系统一电气动控制回路为例，说明仿真过程的具体执行步骤。
的图库中自带的气动、电气元件，绘制气控回路（如所示）和电控回路（如所示）。对于全气控回路，如所示，则不需要设计电控回路。
菜单―启动或者鼠标左键单击丁具栏上的“”图标，都可以启动系统的仿真，如果设计的气动回路（电控回路）存在问题，软件会报警提示，如所示。
仿真报警提示对话框的报警提示对话框是因为电控回路比较复杂，超出了给定的绘图区域导致的，选择“确定”后，继续弹出右边的对话框，选择“是”开始仿真。在气控回路中，有压缩空气通过的管路以深蓝色显示，在电控回路中的信号流用红色线显示。
鼠标左键单击中的人力阀，人力阀换向，气动回路通气；鼠标左键单击中SB2启动按钮，整个系统就会按照预定的动作运行。在仿真中可以观察到各元件的物理量值，如气缸的运动速度、输出力、节流阀的开度、电磁阀的得失电状态等，电磁阀线圈的得失电都动画的形式显示出来，从而可以很快确定仿真模型是否正确。
如果仿真的结果不能满足预定的要求，则需要不断修改仿真模型，对于电气动回路，一般而言，气动回路比较简单，所以不会出现错误，而电控回路逻辑关系复杂，是整个系统的核心，因此一般通过不断修改电控回路的方法，直到满足逻辑关系为止。
在仿真的过程中，尽管动画的显示直观，但是仿真的过程还是比较快（尽管可以通过单向节流阀调节气动执行元件的速度），对电控逻辑关系复杂的回路，难以快速地分析出系统存在问题，仿真完毕后动作过程没有保存下来，不利于对系统的详细分析。为此，可以把信号以图形的形式显示、保存下来，具体操作过程如下：鼠标左键单击FluidSIM-P软件的菜单栏的“插人”菜单―状态图，然后把需要监控的元件拖动到状态图的区域，仿真一旦开始，所有的监控元件的状态以图形显示，仿真结束，所有的图形显示还会保存，如所不。
磁感应式接近关双电控二位阀双电控二位五通阀双作用缸A缸双作用缸B缸了等压灌装试验台的电气动回路的状态图状态图中的显示的内容可以根据自己的需要选取，一般选择逻辑相关的元件放在一起作为一组，一个项目中可以插人多个状态图。中把磁性开关、肖世耀，等：FluidSIM-P在定量灌装试验台气动系统改进中的应用电磁阀、气缸一起显示，有利于分析它们之间详细的逻辑关系。
4结语随着气动系统在丁业生产中的广泛应用，借助先进的气动系统仿真软件，设计气动系统可以大大提高设计质量。食品与机械，2013，厉玉鸣。化工仪表及自动化（第5版）。北京：化学工业出版社，2014.齐继阳，鲁鼎，吴倩。FluidSIM在气动装置设计中的应用孙树文，杨建武，张慧慧，等。FluidSIM仿真软件在机电一体化教学中的应用。中国现代教育装备，2008，（5）：94-95.卢志芳，於红梅。基于FluidSIM软件的液压传动系统仿真实训教学探索。职业教育研究，2013，（2）：168-170.丁时锋，李清香，王力群，等。基于FluidSIM-P软件的膨胀管开槽机气控系统设计。机床与液压，2013，（22）：103-105.何吉利。基于FluidSIM-P的涡流探伤检测台气动控制设李湘伟，陈学文，吴仁和。气液传动回路和元件安装。
北京：北京理工大学出版社，2011.梁新平。FluidSIM液压气动仿真软件应用研究。工本刊为全面板道国内外液压、气动、密封与控制技术的专业性应用刊物，由上海市机械工程学会和上海液压气动总公司主办，上海文通大学和同济大学等协办。本刊奉行“服务于市场，为读者和客户创呗”的理念，以充分满足流体传动与控制技术及市场需求为己任，不断积累，不断创，逐成为国内流体传动与控制期刊领城内的精
