Giáo trình Điều khiển điện khí nén

226 trang hapham 2850

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điều khiển điện khí nén", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_dieu_khien_dien_khi_nen.doc

Nội dung text: Giáo trình Điều khiển điện khí nén

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Mơn học:Điều Khiển Điện Khí Nén NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề Năm 2013
1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin cĩ thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm
2 LỜI NĨI ĐẦU Mức độ tự động hĩa của thiết bị, chất lượng chế tạo cao, độ chính xác cao, độ tin cậy lớn thì các máy và cụm kết cầu được dùng là truyền động cơ khí – khí nén – điện. Thơng tin chuyền tải dưới dạng các năng lượng đĩ phải là tín hiệu tương tự, nhị phân và tín hiệu số, được xử lý với vận tốc nhanh. Giáo trình mơ đun Điều khiển điện - khí nén đĩng gĩp một phần bổ sung kiến thức mới về điều khiển tự động hĩa. Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp ở trình độ CĐN và TCN, giáo trình mơ đun Điều khiển điện khí nén là một trong những giáo trình đào tạo chuyên ngành tự động hĩa trong cơng nghiệp được biên soạn theo nội dung chương trình khung, chương trình dạy nghề đã được Bộ Lao động -Thương binh và Xã hội và Tổng cục dạy nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau. Nhĩm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới cĩ liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời cĩ tính thực tiễn cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 120 giờ gồm cĩ: Bài 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển điện khí nén Bài 2: Các phần tử trong hệ thống điện khí nén Bài 3: Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống điều khiển điện khí nén Bài 4: Vận hành và kiểm tra hệ thống điều khiển điện - khí nén Bài 5: Tìm và sửa lỗi trong hệ thống điều khiển điện - khí nén Tuy nhiên, tuy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường cĩ thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng khơng tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đĩng gĩp ý kiến của người sử dụng, người đọc để nhĩm biên soạn sẽ hiện chỉnh hồn thiện hơn sau thời gian sử dụng. Đồng Nai, Ngày 10 tháng 06 năm 2013 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: TS Lê Văn Hiền 2. KS. Trần Đức Long
3 MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU 2 MƠ ĐUN ĐÀO TẠO ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN 6 BÀI 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN 12 1.Sơ lược về lịch sử ra đời và phát triển hệ thống điều khiển điện khí nén 13 2.Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển điện khí nén. 14 3. Phạm vi ứng dụng của khí nén. 15 BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHIỂN KHÍ NÉN 18 1. Các loại van trong hệ thống điều khiển khí nén 18 1.1. Van đảo chiều 18 1.2. Van chặn 25 1.3. Van tiết lưu 25 1.4. Van áp suất 27 1.5. Van logic 29 2. Các phần tử điện 36 2.1. Cơng tắc 37 2.2. Nút ấn 37 2.3. Rơ le 37 2.4. Cơng tắc hành trình điện – cơ 38 2.5. Cơng tắc hành trình nam châm 38 2.6. Cảm biến cảm ứng từ 40 2.7. Cảm biến điện dung 42 2.8. Cảm biến quang 44 3. Xy lanh, biểu diễn quá trình hoạt động bằng biểu đồ trạng thái và Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển điện khí nén 46 3.1. Xy lanh. 47 3.2 Biểu diễn quá trình hoạt động của hệ thống bằng biểu đồ trạng thái. 48 BÀI 3: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN. 60 1. Nguyên lý thiết kế hệ thống điều khiển điện khí nén 60 1.1 Các phần tử điện: 60 1.2 Các phương pháp thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống khí nén bằng rơ le: 61 1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển theo tầng sử dụng phương pháp chuỗi bước cĩ xĩa 64 2. Điều khiển xy lanh bằng van hai cuộn dây 67 2.1 Thiết kế mạch điều khiển cĩ cảm biến tiệm cận – hành trình tự thu về của xy lanh và van điều khiển hướng khơng sử dụng lị xo 68
4 2.2. Cảm biến tiệm cận với rơle. 70 2.3. Điều khiển xy lanh với hàm AND, OR 73 2.4. Điều khiển xy lanh với van một cuộn dây – Điều khiển tự duy trì. 74 3. Điều khiển hai xy lanh 75 3.1. Điều khiển trạm phân phối làm việc một chu trình 75 3.2. Điều khiển trạm phân phối làm việc lớn hơn một chu trình 77 4. Biểu đồ trạng thái. 80 BÀI 4: VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN 92 1. Điều khiển xy lanh bằng van hai cuộn dây. 92 1.1.Mạch khí nén tự duy trì 92 1.2 Mạch điều khiển theo thời gian 99 2. Điều khiển xy lanh bằng cảm biến tiệm cận . 102 2.1 Các mạch sử dụng cảm biến đơn giản 102 2.3.Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle. 104 2.4. Mạch điện điều khiển sử dụng rơle thời gia. 106 3. Điều khiển xy lanh bằng cảm biến tiệm cận với rơle 110 3.2 Mạch điện điều khiển trực tiếp sử dụng cơng tắc duy trì. 112 3.3 Mạch điện điều khiển sử dụng rơle thời gian 113 4. Điều khiển xy lanh với hàm AND, OR. 114 4.1 Mạch điện điều khiển hàm AND 114 4.2 Mạch điện điều khiển hàm OR. 115 5. Điều khiển xy lanh với van một cuộn dây - Điều khiển tự duy trì 116 5.1 Các mạch điện đơn giản 116 5.2 Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle 117 6. Điều khiển hai xy lanh làm việc một chu trình 118 6.1 Các mạch điện đơn giản 118 6.2 Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle 120 7. Điều khiển hai xy lanh làm việc lớn hơn một chu trình 121 7.1 Các mạch điện đơn giản 121 7.2 Mạch điện điều khiển trực tiếp sử dụng cơng tắc duy trì 122 BÀI 5: TÌM VÀ SỬA LỖI TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 128 1. Phương pháp tìm và sửa lỗi. 128 1.1 Phương pháp tìm lỗi 128 1.2 Hệ thống khí cĩ thể bị rị rỉ 136 2. Các bài tập thực hành sửa lỗi. 205 2.1. Lỗi trong phần khí nén của tồn bộ hệ thống 205 2.2. Lỗi tạo ra từ việc lắp sai. 209
5 2.3. Lỗi xuất hiện trong quá trình vận hành 215
6 MƠ ĐUN ĐÀO TẠO ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN Mã số mơ đun: MĐ 32 I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT, Ý NGHĨA VÀ VAI TRỊ CỦA MƠ ĐUN: - Vị Trí: Trước khi học mơ đun này phải hồn thành: An tồn lao động; Điện kỹ thuật; Máy điện; Trang bị điện; Chế tạo mạch in và hàn linh kiện; Thiết kế mạch bằng máy tính - Vai trị: Gĩp phần trong việc điều khiển hệ thống tự động trong cơng nghiệp làm phong phú quá trình điều khiển. - Ý nghĩa: Mơ đun bắt buộc đã đĩng gĩp cho ngành tự động hố hay cơ điện tử một kiến thức đầy đủ nhất hệ thống điều khiển. - Tính chất: Là mơ đun đào tạo chuyên mơn nghề. II. MỤC TIÊU MƠ ĐUN: + Về kiến thức: - Trình bày được cấu trúc, phân tích được sơ đồ của một số hệ thơng điều khiển khí nén thơng dụng + Về kỹ năng - Thiết lập được sơ đồ hệ thống điều khiển điện khí nén theo yêu cầu cho những thiết bị cơng nghệ đơn giản, điển hình. - Lựa chọn, đo kiểm tra chức năng, lắp ráp và hiệu chỉnh được các phần tử khí nén, điện - khí nén trong sơ đồ hệ thống khí nén cơ bản. - Chạy thử, vận hành và kiểm tra các hệ thống điều khiển điện - khí nén. - Phát hiện và khắc phục được các lỗi cơ bản trong hệ thống. + Về thái độ - Thực hiện đúng các quy tắc an tồn trong vận hành, bảo dưỡng các thiết bị của hệ thống truyền động khí nén. - Chủ động, sáng tạo và an tồn trong thực hành. III. NỘI DUNG CỦA MƠ ĐUN: Nội dung tổng quát và phân bố thời gian: Thời gian (giờ) Mã MĐ Tên các bài trong mơ đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra MĐ 32-01 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 2 2 0 0 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN. MĐ 32-02 Các phần tử trong hệ thống 20 8 11 1 điện khí nén
7 Thời gian (giờ) Mã MĐ Tên các bài trong mơ đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra MĐ 32-03 Thiết kế, lắp đặt và vận 32 10 20 2 hành hệ thống điều khiển điện khí nén. MĐ 32-04 Vận hành và kiểm tra hệ 28 8 19 1 thống điều khiển điện - khí nén. MĐ 32-05 Tìm và sửa lỗi trong hệ 38 12 25 1 thống điều khiển điện - khí nén Tổng cộng 120 40 75 5
12 BÀI 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN Mã bài: MĐ 32 - 01 Giới thiệu: Hệ thống khí nén: Là tự động hĩa quá trình cơng nghệ là yêu cầu bức thiết của giai đoạn chuyển tiếp khoa học kỹ thuật tự động hĩa cơng nghê cao. Lĩnh vực truyền động khí nén với các phương thức điều khiển đa dạng để ứng dụng thiết kế máy tự động hay các hệ thống phức tạp cơ điện tử, đã đĩng gĩp nhiều đổi mới đem lại một bước tiến mới. Ngày nay cơng nghệ khí nén đang được khoa học áp dụng một cách phổ biến để chế tạo các loại máy mĩc phục vụ cho phát triên sản suất trong cuộc sống. - Các dụng cụ,thiết bị máy va đập: Các thiết bị,máy mĩc trong lĩnh vực như khai thác như: khai thác đá,khai thác than, trong các cơng trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ, đường hầm. - Truyền động quay: Truyền động động cơ quay với cơng suất lớn bằng khí nén giá thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện cĩ cùng cơng suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhở hơn 30% so với động cơ điện cĩ cùng cơng suất. Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, cơng suất khoảng 3,5 Kw, máy mài, cơng suất khoảng 2,5 Kw cũng như máy mài với cơng suất nhỏ, nhưng số vịng quay khoảng 100.000 vịng/phút thì khả năng sử dụng truyền động bằng khí nén là phù hợp. - Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động thẳng bằng áp suất khí nén cho truyền động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đĩng gĩi, trong các loại máy gia cơng gỗ, thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ơ tơ. - Trong các thiết bị đo và kiểm tra máy nén khí Mục tiêu: - Trình bày được ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển điện khí nén. - Phân biệt được các phạm vi ứng dụng của hệ thống điều khiển điện khí nén. - Chủ động, sáng tạo và an tồn trong thực hành.
13 1. Sơ lược về lịch sử ra đời và phát triển hệ thống điều khiển điện khí nén. - Mục tiêu: Giới thiệu cho người học hiểu về các hệ thống điều khiển chuyển mạch tự động và vai trị quan trọng trong việc thiết kế một hệ thống tuần tự, mà cụ thể là hệ thống khí nén tuần tự Trong những thập niên 50 và 60 của thế kỷ 20, kỹ thuật tự động hĩa quá trình sản xuất đã được phát triển mạnh mẽ; cùng với quá trình đĩ, kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong tự động hĩa, hệ thống tự động hĩa bắng khí nén thuộc về loại hệ thống chuyển mạch (switching systems) tự động do vậy trước khi trình bầy về kỹ thuật tư động hĩa trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, điện - khí nén, một số kiến thức cơ bản liên quan sẽ được đề cập dưới đây: + Giới thiệu về các hệ thống điều khiển chuyển mạch tự động Các hệ thống chuyển mạch (hình 1.1) tự động bao gồm trong đĩ hai loại chính: - Các hệ thống kết hợp (combinational systems) - Các hệ thống tuần tự (sequencial systems) bao gồm hệ thống đồng bộ và khơng đồng bộ. Các hệ thống chuyển mạch Các hệ thống chuyển Các hệ thống mạch tuần tự Chuyển mạch kết hợp Các hệ thống Các hệ thống đồng bộ khơng đồng bộ Hình 1.1 Các loại hệ thống chuyển mạch. + Các hệ thống chuyển mạch kết hợp Trong các hệ thống chuyển mạch kết hợp hay hệ thống mạch logic kết hợp, các tín hiệu ra (outputs) nhị phân luơn chỉ là hàm của các tín hiệu vào (inputs) hiện tại. Ví dụ: Các cổng logic đặc trưng cho các hệ thống kết hợp, trong đĩ các tín hiệu ra chỉ phụ thuộc vào trạng thái kết hợp của các tín hiệu vào hiện tại. + Các hệ thống chuyển mạch tuần tự Khác với các hệ thống chuyển mạch kết hợp, trong các hệ thống chuyển mạch tuần tự, một số hoặc tất cả các tín hiệu ra phụ thuộc vào các tín hiệu vào trước đĩ
14 cĩ nghĩa nĩ phục thuộc vào “quá khứ” của hệ thống này. Do vậy, hệ thống tuần tự phải sử dụng các flip – flop, các phần tử nhớ các trạng thái trước đĩ. Các hệ thống chuyển mạch tuần tự được chia nhỏ làm hai loại hệ thống đồng bộ và hệ thống khơng đồng bộ. - Hệ thống khơng đồng bộ hoạt động trên cơ sở sự kiện. điều này cĩ nghĩa là một bước hoạt động nào đĩ xẩy ra chỉ khi một bước hoạt động trước của hệ thống đã được hồn tất. - Các hệ thống đồng bộ là hệ thống hoạt động trên cơ sở thời gian. Ở các hệ thống này, người ta sử dụng một đồng hồ tạo ra xung, mục đích để ra các xung với chu kỳ nhất định, mà mỗi xung này được kích hoạt các bước tiếp theo. Tín hiệu vào Tín hiệu ra xi zj Hệ thống kết hợp yk Flip - Flops Sk y’ k Rk Hình 1.2 Cấu tạo của hệ thống chuyển mạch tuần tự Hình 1.2 thể hiện cấu tạo chung của một hệ thống chuyển mạch tuần tự trong đĩ bao gồm cả hệ thống kết hợp (logic); trong các tín hiệu x i và zj lần lượt là các tín hiệu vào ra của hệ thống, các phần tử nhớ flip-flop đĩng vai trị ghi nhớ các trạng thái “quá khứ” trước đĩ, chúng bao gồm các hàm kích hoạt Sk và Rk (tín hiệu điều khiển flip-flop) và các biến trạng thái y k va y’k (tín hiệu ra flip-flop). Các tín hiệu vào xi , yk và y’k của hệ thống thong qua các hệ thống kết hợp sẽ tạo ra các tín hiệu ra z j và các hàm kích hoạt Sk và Rk để tác động trở lại flip-flop để tạo ra các biến y k và y’k tương ứng các sự kiện tiếp theo. Vì vậy, khi thiết kế một hệ thống tuần tự, việc quan trọng đầu tiên là phải xác định số lượng flip-flops và các hàm kích hoạt. Như trên đã trình bầy, các hệ thống logic kết hợp, các phần tử nhớ flip-flop đĩng vai trị quan trọng trong việc thiết kế một hệ thống tuần tự, mà cụ thể là hệ thống khí nén tuần tự. Để hiểu rõ bản chất quá trình thiết kế, điều khiển các hệ thống khí nén, cần lắm vững một số lý thuyết cơ bản nhất định, đặc biệt là đại số Boolean và các phần tử logic cơ bản. 2. Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển điện khí nén. - Mục tiêu:
15 So sánh tính ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển điện khí nén hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử. Cho nên rất khĩ xác định một cách chính xác, rõ ràng ưu điển của từng hệ thống điều khiển. Tuy nhiên, cĩ thể so sánh một số khía cạnh,đặc tính của truyền động bằng khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện. a) Ưu điểm - Tính đồng nhất năng lượng giữa phần I và O ( điều khiển và chấp hành) nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện. - Khơng yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: 3 – 8 bar. - Khả năng quá tải lớn của động cơ khí - Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật - Tuổi thọ lớn - Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong mơi trường dễ nổ, và bảo đảm mơi trường sạch vệ sinh. - Cĩ khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. - Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nền truyền động cĩ thể đạt được vận tốc rất cao. b) Nhược điểm - Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử - Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử , chỉ điều khiển theo chương trình cĩ sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém. - Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh. - Lực truyền tải trọng thấp. - Dịng khí nén thốt ra ở đường dẫn gây tiếng ồn - Khơng điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng. 3. Phạm vi ứng dụng của khí nén. - Mục tiêu: Làm rõ mục tiêu chính phạm vi ứng dụng của khí nén sau: + Trong lĩnh vực điều khiển + Trong lĩnh vực truyền động: Các dụng cụ,thiết bị máy va đập, truyền động quay, truyền động thẳng, trong các thiết bị đo và kiểm tra Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng rộng rãi ở những lĩnh vực mà ở đĩ vấn đề nguy hiểm, hay xảy ra các cháy nổ, như: các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc được sử dụng trong ngành cơ khí như cấp phơi gia
16 cơng; hoặc trong mơi trường vệ sinh sạch như cơng nghệ sản xuất các thiết bị điện tử. Ngồi ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm, như: rữa bao bì tự động, chiết nước vơ chai ; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của các băng tải, thang máy cơng nghiệp, thiết bị lị hơi, đĩng gĩi, bao bì, in ấn, phân loại sản phẩm (hình 1.4) và trong cơng nghiệp hĩa chất, y khoa và sinh học. Hình 1.4 Phân loai sản phẩm Hình 1.3 Súng xiết bulơng - Sự phát triển về điều khiển bằng khí nén khơng ngừng diễn ra. Các ứng dụng của khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết v.v Các ứng dụng của khí nén trong truyền động như máy vặn vít (hình 1.3) , các moto khí nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ơtơ v.v Hình 1.5 Đĩng gĩi sản phẩm Yêu cầu đánh giá: Nội dung:
17 + Về kiến thức: Trình bày được các ứng dụng của khí nén trong sản suất cơng nghiệp hay trong đời sống. Nêu được những bước tiến trong cơng nghệ điều khiển điện khí nén + Về kỹ năng: Hiểu chính xác các ứng dụng điều khiển từ đĩ cĩ cái nhìn thiết thực khi học mơ đun này + Về thái độ: Đảm bảo an tồn và vệ sinh cơng nghiệp. Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, phỏng vấn
18 BÀI 2 CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHIỂN KHÍ NÉN Mã bài: MĐ 32 - 02 Giới thiệu: Các phần tử trong hệ thống điện khí nén quan trọng vơ cùng. Vì vậy trước khi hiểu được và làm được thì chúng ta phải hiểu được nguyên lý, các cấu tạo của các phần tử (Reed Switch, Actuators, Final control, Processing, Sensors, Supply) trong mạch cần làm. Một hệ thống khí nén cĩ rất nhiều các phần tử điện khí nén và mỗi phần tử cĩ cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau. Như vậy chúng ta cần nắm được những khiến thức trên thơng qua bài này để điều khiển, thiết kế mạch được tối ưu hơn. Mục tiêu: - Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các phần tử trong hệ thống điều khiển điện khí nén. - Lắp được hệ thống điều khiển điện khí nén cơ bản. - Chủ động, sáng tạo và an tồn trong thực hành. 1. Các loại van trong hệ thống điều khiển khí nén. - Mục tiêu: Phân loại các loại van đảo chiều là cơ cấu chỉnh hướng cĩ nhiệm vụ điều khiển dịng khí nén. Hiểu được tín hiệu tác động của van và kí hiệu van đảo chiều cũng như nguyên lý làm việc của các loại van điều khiển. Giới thiệu các loại van khí nén trong thực tế và các loại van logic khác 1.1. Van đảo chiều. Van đảo chiều là cơ cấu chỉnh hướng cĩ nhiệm vụ điều khiển dịng năng lượng đi qua van chủ yếu bằng cách đĩng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dịng năng lượng. Các thành phần được mơ tả ở hình 2.1. Hình 2.1 Các thành phần van chỉnh hướng
19 1.1.1. Tín hiệu tác động Nếu kí hiệu lị xo nằm ngay phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đĩ cĩ vị trí “khơng”, vị trí đĩ là ơ vuơng nằm bên phải của kí hiệu van đảo chiều và được kí hiệu là “0”. Điều đĩ cĩ nghĩa là chừng nào chưa cĩ lực tác động vào pít tơng trượt trong nịng van, thì lị xo tác động vẫn giữ ở vi trí đĩ. Tác động vào làm thay đổi trực tiếp hay gián tiếp pít tơng trượt là các tín hiệu sau (hình 2.2): - Tác động bằng tay - Tác động bằng cơ
20 - Tác động bằng điện - Tác động bằng khí và dầu Hình 2.2 Tín hiệu tác động 1.1.2. Kí hiệu van đảo chiều Van đảo chiều cĩ rất nhiều dạng khác nhau, nhưng dựa vào đặc điểm chung là số cửa, số vị trí và số tín hiệu tác động để phân biệt chúng với nhau (hình 2.3): - Số vị trí: là số chỗ định vị con trượt của van. Thơng thường van đảo chiều cĩ hai hoặc ba vị trí; ở những trường hợp đặc biệt thì cĩ thể nhiều hơn. Thường kí hiệu: bằng các chữ cái o, a, b, hoặc các con số 0,1, 2, - Số cửa ( đường): là số lỗ để dẫn khí hoặc dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thường dùng là 2, 3, 4, 5. Đơi khi cĩ thể nhiều hơn. Thường kí hiệu: Cửa nối với nguồn : P Cửa nối làm việc: A, B, C Cửa xả lưu chất: R, S, T - Số tín hiệu: là tín hiệu kích thích con trượt chuyển từ vị trí này sang vị trí khác. Cĩ thể là 1 hoặc 2. Thường dùng các kí hiệu: X, Y,
21 Hình 2.3 Kí hiệu van đảo chiều  Quy ước về đặt tên các cửa van. Cửa nối van được ký hiệu như ISO 5599 ISO 1219 sau: Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí) 1 P Cửa nối làm việc 2 , 4, 6, A , B , C, Cửa xả khí 3 , 5 , 7 R , S , T Cửa nối tín hiệu điều khiển 12 , 14 X , Y 1.1.3. Một số van đảo chiều thơng dụng Van cĩ tác động bằng cơ – lị xo lên nịng van và kí hiệu lị xo nằm ngay vị trí bên phải của kí hiệu van ta gọi đĩ là vị trí “khơng”. Tác động tín hiệu lên phía đối diện nịng van ( ơ vuơng phía bên trái kí hiệu van) cĩ thể là tín hiệu bằng cơ, khí nén, dầu hay điện. Khi chưa cĩ tín hiệu tác động lên phía bên trái nịng van thì lúc này tất cả các cửa nối của van đang ở vị trí ơ vuơng nằm bên phải, trường hợp cĩ giá trị đối với van đảo chiều hai vị trí. Đối với van đảo chiều 3 vị trí thì vị trí “ khơng “ dĩ nhiên là nằm ơ vuơng ở giữa. - Van đảo chiều 2/2 Hình 2.4 là van cĩ 2 cửa nối P và A, 2 vị trí 0 và 1. Vị trí 0 cửa P và cửa A bị chặn. Nếu cĩ tín hiệu tác động vào, thì vị trí 0 sẽ chuyển sang vị trí 1, như vậy cửa P và cửa A nối thơng với nhau. Nếu tín hiệu khơng cịn tác động nữa, thì van sẽ chuyển từ vị trí 1 về vị trí 0 ban đầu, vị trí “ khơng “ bằng lực nén lị xo. Hình 2.4 Van 2/2 - Van đảo chiều 3/2 Hình 2.5 là cĩ 3 cửa và 2 vị trí. Cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa A nối với buồng xylanh cơ cấu chấp hành, cửa T cửa xả. Khi con trượt di
22 chuyển sang trái cửa P thơng với cửa A. khi con trượt di chuyển sang phải thì cửa A thơng với cửa T xả dầu về thùng hoặc là xả khí ra mơi trường. Van này thường dùng để làm Rơle dầu ép hoặc khí nén. Hình 2.5 Van 3/2 - Van đảo chiều 4/2 Hình 2.6 là van cĩ 4 cửa và 2 vị trí. Cửa P nối với nguồn năng lượng; cửa A và cửa B lắp vào buồng trái và buồng phải của xylanh cơ cấu chấp hành; cửa T lắp ở cửa ra đưa năng lượng về thùng đối với dầu, cịn thải ra mơi trường xung quanh đối với khí nén. Khi con trượt của van di chuyển qua phải cửa P thơng với cửa A năng lượng vào xylanh cơ cấu chấp hành, năng lượng ở buồng ra xylanh qua cửa B nối thơng với cửa T ra ngồi. Ngược lại khi con trượt của van di chuyển qua trái, cửa P thơng với cửa B và cửa A thơng với cửa xả T. Hình 2.6 Van 4/2 Hình 2.7 mơ tả van 4/2 tác động mặc định là lực đẩy lị xo và tín hiệu tác động phía cịn lại là cuộn coil điện và cĩ cả nút nhấn phụ. 1. Píttơng 2. Lị xo 3. Vỏ van 4. Cuộn solenoid 5. Lõi Hình 2.7 Van 4/2, 1 side (coil)
23 - Van đảo chiều 5/2 Hình 2.8 là van cĩ 5 cửa 2 vị trí. Cửa P là cung cấp nguồn năng lượng, cửa A lắp với buồng bên trái xylanh cơ cấu chấp hành, cửa B lắp với buồng bên phải của xi lanh cơ cấu chấp hành, cửa T và cửa R là cửa xả năng lượng. Khi con trượt van di chuyển qua phải, cửa P thơng với cửa A, cửa B thơng với cửa T. Khi con trượt của van di chuyển qua trái, cửa P thơng với cửa B, cửa A thơng với cửa R. Hình 2.8 Van 5/2 - Van đảo chiều 4/3 Van 4/3 là van cĩ 4 cửa 3 vị trí. Cửa A, B lắp vào buồng làm việc của xylanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa T xả về thùng đối với dấu hoặc ra mơi trường đối với khí. Hình 2.9 mơ tả van 4/3 cĩ vị trí trung gian nằm ở giữa do sự cân bằng lực căn lị xo ở hai vị trí trái và vị trí phải của van. Sự di chuyển vị trí con trượt (píttơng) sang trái hoặc sang phải bằng tín hiệu tác động bằng điện vào hai cuộn solenoid hoặc cĩ thể là nút nhấn phụ ở hai đầu. Ở vị trí trung gian năng lượng vào cửa P bị chặn lại, cửa A, cửa B bị đĩng nên xylanh cơ cấu chấp hành khơng di chuyển. Khi tác động tín hiệu điện vào solenoid phải, píttơng(1) di chuyển sang trái, cửa P thơng với cửa A, cửa P thơng với cửa T. Ngược lại tác động tín hiệu điện vào solenoid trái, píttơng(1) di chuyển sang phải, cửa P thơng với cửa B, cửa A thơng với cửa T. Hình 2.9 Van đảo chiều 4/3 tác động điện 2 đầu 1. Píttơng 5. Solenoid phải 2. Vỏ van 6. Solenoid trái 3. Lị xo phải 7. Lõi phải 4. Lị xo trái 8. Lõi trái
24 Hình 2.10 mơ ta van 4/3 cĩ vị trí trung gian an tồn. Vị trí trung gian cửa P bị đĩng, cửa làm việc A, B thơng với cửa T. Hình 2.10 Van 4/3 vị trí trung gian an tồn Hình 2.11 mơ tả van 4/3 vị trí trung gian cĩ cửa P nối với T. Hình 2.11 Van 4/3 vị trí trung gian cĩ cửa P nối với T - Van đảo chiều 5/3 Van 5/3 cĩ 5 cửa và 3 vị trí. Cửa A, B lắp vào buồng làm việc của xylanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa T xả về thùng đối với dấu hoặc ra mơi trường đối với khí. Hình 5.22 là kí hiệu của van 5/3. Van 5/3 thường được sử dụng trong hệ thống khí nén.
25 Hình 2.12 Kí hiệu van 5/3 1.2. Van chặn - Van một chiều là van dùng để điều khiển dịng năng lượng đi theo một hướng, hướng cịn lại dịng năng lượng bị chặn lại. Trong hệ thống điều khiển khí nén – thủy lực van một chiều thường đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau (hình 2.13). Hình 2.13 Van một chiều 1.3. Van tiết lưu Van tiết lưu cĩ nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng khí đi qua, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian hoạt động của cơ cấu chấp hành. Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dịng khí nén qua van phu thuộc vào sự thay đổi tiết diện. 1.3.1. Van tiết lưu hai chiều - Van tiết lưu hai chiều cĩ tiết diện khơng thay đổi Lưu lượng dịng chảy qua khe hở của van cĩ tiết diện khơng thay đổi, được kí hiệu như trên hình 2.14 Hình 2.14 Kí hiệu van tiết lưu cĩ tiết diện khơng thay đổi - Van tiết lưu hai chiều cĩ tiết diện thay đổi
26 Van tiết lưu cĩ tiết diện thay đổi điều chỉnh dịng lưu lượng qua van. Hình 2.15 mơ tả nguyên lý hoạt động và kí hiệu van tiết lưu cĩ tiết diện thay đổi, tiết lưu được cả hai chiều, dịng lưu chất đi từ A qua B và ngược lại. Hình 2.15 Van tiết lưu 2 chiều 1.3.2. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay. Nguyên lý hoạt động của van tiết lưu một chiêu điều chỉnh bằng tay được trình bày như hình sau: tiết diện chảy Ax thay đổi nhờ điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay. Khi dịng khí nén đi từ A qua B, lị xo đẩy màng chắn xuống và dịng khí nén chỉ đi qua tiết diên A x. Khi dịng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thẳng lực lị xo đẩy màng chắn lên và như vậy dịng khí nén sẽ đi qua khoảng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng khơng được điều chỉnh. Hình 2.16 Van tiết lưu 1 chiều 1. Vít điều chỉnh bằng tay 2. Khe hở cĩ tiết diện Ax 3. Lị xo 4. Màng Chắn
27 Hình 2.17 Cấu tạo van tiết lưu 1 chiều - Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn Vận tốc của xylanh trong qúa trình chuyển động với những hành trình khác nhau tương ứng vận tốc khác nhau, thường chọn van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn. Nguyên lý hoạt động của van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn cũng tương tự như van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay. Khi điều chỉnh vít cữ chặn tức là điều chỉnh được tiết diện chảy Ax. Hình 2.18 Cấu tạo van tiết lưu 1 chiều điều chỉnh bằng cữ chặn 1.4. Van áp suất Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, cĩ thể cố định hoặc tăng hoặc giảm trị số áp suất trong hệ thống truyền động khí nén. Cơ cấu chỉnh áp cĩ các loại phần tử sau: 1.4.1. Van an tồn Van an tồn cĩ nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống cĩ thể tải. Khi áp suất lớn hơn áp suất chĩ phép của hệ thống thì dịng áp suất lưu chất sẽ thắng lực lị xo, và lưu chất sẽ theo cửa T ra ngồi khơng khí nếu là khí nén, cịn là dầu thì sẽ chảy về lại thùng chứa dầu (hình 2.19). Hình 2.19 Van an tồn
28 1.4.2. Van tràn Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an tồn. Chỉ khác ở chổ khi áp suất cửa P đạt đến giá trị xác định, thì cửa P nối với cửa A, nối với hệ thống điều khiển (hình 2.20). Hình 2.20 Kí hiệu van tràn 1.4.3. Van điều chỉnh áp suất ( van giảm áp) Trong một hệ thống điều khiển khí nén máy nén tạo năng lượng cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành cĩ áp suất khác nhau. Trong trường hợp này ta phải cho máy nén làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành để giảm áp suất đến một trị số cần thiết. Hình 2.21 Van giảm áp 1.4.4. Rơle áp suất. Rơle áp suất thường dùng trong hệ thống khí nén của các máy tự động và bán tự động. Phần tử này được dùng như là một cơ cấu phịng quá tải, tức là cĩ nhiệm vụ đĩng hoặc mở các cơng tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt quá giới hạn nhất định và do đĩ làm ngưng hoạt động của hệ thống. Vì đặc điểm đĩ nên phạm vi sử dụng của rơle áp suất được dùng rất rộng rãi, nhất là trong phạm vi điều khiển. Nguyên lý hoạt động, cấu tạo và kí hiệu của rơle áp suất mơ tả ở (hình 2.22). Trong hệ thống điều khiển điện - khí nén, rơle áp suất cĩ thể coi là phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén – điện. Trong thủy lực nĩ là pầhn tử chuyển đổi tín hiệu dầu – điện.
29 Hình 2.22 Rơle áp suất 1.5. Van logic 1.5.1 Đại số Boolean - Hằng và biến nhị phân Đại số Boolean khác với đại số thơng thường ở chỗ hằng và biến chỉ cĩ hai khả năng 0 và 1. Ở thời điểm khác nhau cĩ thể là 0 hoặc 1. Các biến đại số Boolean thường sử dụng đặc trưng cho mức điện thế ở ngõ vào hoặc ngõ ra. Ví dụ: Ở giá trị điện thế từ 0V đến 0,8V, giá trị Boolean là 0, cịn ở mức điện thế 2V-5V thì giá trị đĩ là 1. Trong khí nén, biến đại số Boolean cũng được sử dụng để đặc trưng cho khí cĩ áp suất ở ngõ ra Ví dụ: Ở một ngõ ra khí cĩ áp suất trong khoảng 5 bar tín hiệu là 1, và khi áp suất là khoảng 1 bar là tín hiệu 0. Những phép tốn cơ bản: Phép cơng logic hay cũng được gọi là phép OR ký hiệu bởi dấu “+”. Phép nhân logic hay cũng được goi là phép AND ký hiệu bởi dấu “.”. Phép đảo hay phép bù logic, cũng được gọi là phép tốn NOT, ký hiệu bằng dấu ngang trên đầu “ ─ ” hoặc dấu “ ’ ” để biểu thị. - Bảng sự thật Để biểu diễn qui luật hoạt động logic từ yêu cầu thực tế, ta cần xây dựng một bảng để thể hiện tất cả các trạng thái đáp ứng của các tín hiệu ra tương ứng với sự kết hợp của các tín hiệu vào. Được gọi là bảng sự thật (truth table). Đắc biệt quan trọng trong thiết kế các mạch logic vì nĩ là cơ sở để xây dựng hàm logic Ví dụ: Cho một bĩng đèn A được điều khiển bởi hai cơng tắc S1 và S2 theo quy luật sau.
30  Hai cơng tắc S1 và S2 ngắt thì đèn A tắt.  Một trong hai cơng tắc bật thì đèn A sáng.  Hai cơng tắc S1 và S2 cùng bật thì đèn A tắt. Yêu cầu: Xây dựng bảng sự thật cho mạch điều khiển bĩng đèn A. Bảng sự thật mơ tả bằng Bảng sự thật mơ tả bằng lời giá trị logic Inputs output Inputs output S2 S1 A S2 S1 A Ngắt Ngắt Tắt 0 0 0 Ngắt Bật Sáng 0 1 1 Bật Ngắt Sáng 1 0 1 Bật Bật Tắt 1 1 0 Hình 2.23 Bảng sự thật của ví dụ 1.2.2 1.5.2 Các phần xử lý tín hiệu logic. - Phần tử YES Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử YES được trình bày ở hình 2.24 Ký hiệu điện Kí hiệu logic Cấu tạo khí nén
31 Bảng sự thật a S 0 0 1 1 Hình 2.24 phần tử logic YES - Phần tử NOT Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử NOT được trình bày ở hình 2.25 Ký hiệu điện Kí hiệu logic Cấu tạo khí nén Kí hiệu khí nén Bảng sự thật A S 0 1 1 0 Hình 2.25 Phần tử logic NOT - Phần tử OR Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử OR được trình bày ở hình 2.26
32 Kí hiệu logic Cấu tạo khí nén Kí hiệu khí nén Ký hiệu điện Bảng sự thật a b S 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Hình 1.26 Phần tử OR - Phần tử AND Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử AND được trình bày ở hình 1.7 khi cĩ dịng khí nén vào từ a thì cửa b bị chặn và cửa a nối với cửa S. Ngược lại khi dịng khí nén vào b thì cửa a bị chặn, cửa b nối với cửa S. Ký hiệu điện Kí hiệu logic Cấu tạo khí nén Kí hiệu khí nén
33 Kí hiệu mach khí nén Bảng sự thật a b S 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Hình 2.27 Phần tử AND - Phần tử NAND Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử NAND được trình bày ở hình 2.28. S b a P Ký hiệu điện Kí hiệu logic Kí hiệu khí nén Bảng sự thật a b S 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Hình 2.28 Phần tử NAND - Phần tử NOR
34 Sơ đồ mạch, bảng trạng, kí hiệu của phần tử NOR được trình bày ở hình 2.29 Ký hiệu điện Kí hiệu logic Kí hiệu khí nén Bảng sự thật a b S 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Hình 2.29 Phần tư NOT - Phần tử nhớ Flip-Flop Như chúng đã biết ở các phần tử trước, khi tín hiệu vào dưới dạng xung bị mất thì tín hiệu ra cũng mất luơn. Phần tử này cĩ nhiệm vụ nhớ như đã nĩi ở phần trên, cĩ nghĩa là tín hiệu ra vẫn được duy trì cho dù tín hiệu vào khơng cĩn nữa. Hình 2.30 trình bày sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử nhớ 2 cổng vào và một cổng ra. +24V 1 3 a S b RC RS R 0V
35 Ký hiệu điện Kí hiệu logic Kí hiệu khí nén Bảng sự thật a b S Khơng 0 0 đổi 0 1 1 1 0 0 1 1 0 Hình 2.30 Phần tử nhớ 2 in / 1 out Hình 2.31 trình bày sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử nhớ 2 cổng vào và hai cổng ra. Ký hiệu điện Kí hiệu logic Kí hiệu khí nén Bảng sự thật a b X Y 0 0 Khơng đổi 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 Khơng đổi Hình 2.31 Phần tử nhớ 2 in / 2 out 1.5.3 Van điều chỉnh thời gian - Phần tử thời gian mở trễ theo chiều dương: biểu đồ thời gian và kí hiệu mơ tả ở hình 2.32.
36 Kí hiệu khí nén Biểu đồ thời gian Hình 2.32 Phần tử đĩng chậm - Phần tử thời gian ngắt trễ theo chiều âm: biểu đồ thời gian và kí hiệu mơ tả ở hình 2.33. Kí hiệu khí nén Biểu đồ thời gian Hình 2.33 Phần tử ngắt chậm 1.5.4 Van chân khơng Khí đi vào từ cửa A và đi ra từ cửa B, do độ chênh áp giữa dịng khí trong đoạn A-B và đoạn ống C, tạo nên độ chân khơng như hình 2.34 Hình 2.34 Van chân khơng 2. Các phần tử điện. - Mục tiêu: Gới thiệu tác động và đưa vào xử lý cĩ thể là điện, khí nén. Các phần tử đưa tín hiệu cĩ thể: nút nhấn, giới hạn hành trình, cơng tắc, rơle, bộ định thời, bộ đếm, các cảm biến.
37 2.1. Cơng tắc Cơng tắc cơ tạo ra tín hiệu đĩng, mở, hoặc các tín hiệu là kết quả của tác động cơ học làm cơng tắc mở hoặc đĩng. Kí hiệu điện Kí hiệu khí nén Hình 2.35 Cơng tắc 2.2. Nút ấn Nút nhấn tác động thì tiếp điểm (1,2) mở ra và tiếp điểm (1,4) nối lại. Hình 2.36 Tín hiệu điện (NO và NC) 2.3. Rơ le Rơ le được sử dụng rất nhiều trong các sơ đồ mạch điện khí nén và các sơ đồ điều khiển tự động. Do cĩ số lượng tiếp điểm lớn, từ 4 đến 6 tiếp điểm, vừa thường mở và thường đĩng, rơ le dùng để truyền tín hiệu khi cĩ khả năng đĩng, ngắt. Rơ le cịn được sử dụng để cách ly điện áp giữa phần điều khiển và cơ cấu chấp hành. Theo dịng điện cĩ: rơ le một chiều, rơ le xoay chiều
38 Hình 2.37 Cấu tạo Rơ le 2.4. Cơng tắc hành trình điện – cơ Cơng tắt hành trình trước tiên là cái cơng tắc tức là làm chức năng đĩng mở mạch điện, và nĩ được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đĩ sao cho khi cơ cấu đến một vị trí nào đĩ sẽ tác động lên cơng tắc. Hành trình cĩ thể là tịnh tiến hoặc quay. Khi cơng tắc hành trình được tác động thì nĩ sẽ làm đĩng hoặc ngắt một mạch điện do đĩ cĩ thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác. Người ta cĩ thể dùng cơng tắc hành trình vào các mục đích như: + Giới hạn hành trình cho Xi Lanh trong khí nén. + Hành trình tự động: Kết hợp với các role, PLC hay VĐK để khi cơ cấu đến vị trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đĩ). Cơng tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động Các cơng tắc hành trình cĩ các tiếp thường đĩng, thường mở. Kí hiệu Hình 2.38 Giới hạn hành trình điện Kí hiệu: Hình 2.39: Cấu tạo của cơng tắc hành trình. 2.5. Cơng tắc hành trình nam châm - Tác dụng của cơng tắc hành trình nam châm.
39 Cơng tắc hành trình nam châm (cơng tắc từ – Reed Switch) là thiết bị dùng để nhận biết vị trí. Ở thực tế, đơi khi cơng tắc hành trình nam châm được gọi là cơng tắc lưỡi gà. Hình 2.40: Một số sản phẩm thực tế của cơng tắc hành trình nam châm - Cấu tạo. Cấu tạo của cơng tắc hành trình nam châm được biểu diễn như hình vẽ. a) b) Hình 2.41: a) Cấu tạo đơn giản của một cơng tắc hành trình nam châm. b) Các ký hiệu của cơng tắc hành trình nam châm trên bản vẽ. - Nguyên lý hoạt động. Ở trạng thái bình thường, tiếp điểm của cơng tắc hành trình nam châm sẽ mở ra. Khi di chuyển một nam châm vĩnh cửu đến gần cơng tắc hành trình nam châm (với một khoảng cách nhất định) thì sẽ làm cho tiếp điểm của cơng tắc hành trình nam châm đĩng lại. Và ngược lại, nếu như di chuyển nam châm vĩnh cửu này đi ra xa thì tiếp điểm của cơng tắc hành trình sẽ trở về trạng thái ban đầu.
40 Hình 2.42: Nguyên lý hoạt động của cơng tắc hành trình nam châm. a) Cơng tắc hành trình nam châm lúc chưa tác động (trạng thái mở). b) Cơng tắc hành trình nam châm lúc đã tác động (trạng thái đĩng). Cảm biến này được lắp đặt trên các thân xy lanh khí nén cĩ pít tơng từ trường để giới hạn hành trình của nĩ (hình 2.43). a) Chưa cảm ứng b) Đã cảm ứng 1. Nam châm vĩnh cửu Hình 2.43 Cảm ứng từ trường trên piston 2.6. Cảm biến cảm ứng từ - Tác dụng.
41 Dùng để phát hiện các vật bằng kim loại, với khoảng cách phát hiện nhỏ (cĩ thể lên đến 50mm). - Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của cảm biến cảm ứng từ. Nguyên tắc hoạt động của cảm biến cảm ứng từ (cảm biến điện cảm) được biểu diễn như Hình 2.44. Bộ dao động sẽ phát ra rần số cao, và truyền tần số này qua cuộn cảm ứng để tạo ra vùng từ trường phía trước. Đồng thời năng lượng từ bộ dao động cũng được gởi qua bộ so sánh để làm mẫu chuẩn. Khi khơng cĩ vật cảm biến nằm trong vùng từ trường thì năng lượng nhận về từ cuộn dây so sánh sẽ bằng với năng lượng bộ dao động gởi qua, như vậy là khơng cĩ tác động gì xảy ra. Khi cĩ vật cảm biến bằng kim loại nằm rong vùng từ trường của cảm biến, trong kim loại đĩ sẽ hình thành dịng điện xốy. Khi vật cảm biến càng gần vùng từ trường của cuộn cảm ứng thì dịng điện xốy sẽ tăng lên, đồng thời năng lượng phát trên cuộn cảm ứng sẽ càng giảm. Qua đĩ năng lượng mà cuộn dây so sánh nhận được sẽ nhỏ hơn năng lượng mẫu chuẩn do bộ dao động cung cấp. Sau khi qua bộ so sánh, tín hiệu sai lệch sẽ được khuếch đại và dùng làm tín hiệu điều khiển ngõ ra. a) b) Hình 2.44: a) Các ký hiệu của cảm biến cảm ứng từ trên bản vẽ kỹ thuật. b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng từ. Hình 2.45: Một số cảm biến cảm ứng từ trên thực tế. - Các ứng dụng thường dùng cảm biến cảm ứng từ.
42 Các cảm biến cảm ứng từ được gắn tại các điểm đầu và cuối hành trình của các thiết bị chấp hành trong khí nén, máy như: máy ép, máy máy tiện, để nhận biết vị trí của bàn máy, bàn xe dao, Hình 2.46 Xác định vị trí hành trình piston - Vật liệu của vật cảm biến. Khoảng cách phát hiện của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu của vật cảm biến. Các vật liệu cĩ từ tính hoặc kim loại cĩ chứa sắt sẽ cĩ khoảng cách phát hiện xa hơn các vật liệu khơng cĩ từ tính hoặc khơng chứa sắt. Hình 2.45 giới thiệu đặc tuyến quan hệ giữa khoảng cách phát hiện và từ tính của vật cho một số loại cảm biến cảm biến cảm ứng từ của Omron. Hình 2.47: Đường đặc tuyến quan hệ giữa khoảng cách phát hiện và từ tính của vật. Với cùng một loại cảm biến, khoảng cách phát hiện sẽ thay đổi với những vật cảm biến cĩ tính chất vật liệu khác nhau. Hình 2.48 trình bày sự ảnh hưởng của tính chất vật liệu đến khoảng cách phát hiện. Hình 2.48: Ảnh hưởng của vật liệu làm vật cảm biến đến khoảng cách phát hiện. 2.7. Cảm biến điện dung - Tác dụng.
43 Dùng để phát hiện các vật bằng kim loại và phi kim, với khoảng cách phát hiện nhỏ (cĩ thể lên đến 50mm). - Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung. Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung được biểu diễn như Hình 2.49. Bộ dao động sẽ phát ra rần số cao, và truyền tần số này qua hai bản cực hở để tạo ra vùng điện mơi (vùng từ trường) phía trước. Đồng thời năng lượng từ bộ dao động cũng được gởi qua bộ so sánh để làm mẫu chuẩn. Khi khơng cĩ vật cảm biến nằm trong vùng từ trường thì năng lượng nhận về từ hai bản cực sẽ bằng với năng lượng bộ dao động gởi qua, như vậy là khơng cĩ tác động gì xảy ra. Khi cĩ vật cảm biến bằng phi kim (giấy, nhựa, gỗ, ) hoặc bằng kim loại nằm trong vùng điện mơi của cảm biến, thì sẽ làm cho điện dung của tụ điện bị thay đổi. Tức là năng lượng tiêu thụ trên tụ điện tăng lên. Qua đĩ năng lượng gởi về bộ so sánh sẽ lớn hơn năng lượng mẫu chuẩn do bộ dao động cung cấp. Sau khi qua bộ so sánh, tín hiệu sai lệch sẽ được khuếch đại và dùng làm tín hiệu điều khiển ngõ ra. a) b) Hình 2.49: a) Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung. b) Các ký hiệu của cảm biến điện dung trên bản vẽ kỹ thuật. Hình 2.48: Một số cảm biến điện dung trên thực tế.
44 - Ứng dụng cảm biến điện dung để phát hiện đế giày cao su màu đen nằm trên băng tải di chuyển hình 2.50 a); hay kiểm tra số lượng sản phẩm được đĩng gĩi vào thùng giấy cát tơng bằng cách phát hiện vật thể qua lớp vật liệu giấy hình 2.50 b). a) b) Hình 2.50 a) Phát hiện đế giầy cao su màu đen b) Kiểm tra đĩng gĩi sản phẩm 2.8. Cảm biến quang - Cảm biến quang loại thu phát độc lập Cảm biến quang loại thu phát độc lập (through beam) bao gồm hai thành phần chính đĩ là bộ phận phát và bộ phận thu (được trình bày như hình bên dưới). Khi ánh sáng hồng ngoại phát ra từ bộ phận phát, nĩ sẽ được truyền đi thẳng. Ánh sáng hồng ngoại này luơn được mã hĩa theo một tần số nhất định nào đĩ, và dĩ nhiên bộ phận thu chỉ nhận biết được loại ánh sáng hồng ngoại đã được mã hĩa theo tần số, với mục đích tránh sự ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng xung quang. Nếu chúng ta đặt bộ phận thu nằm trên đường truyền thẳng của ánh sáng hồng ngoại này thì bộ phận thu sẽ nhận được ánh sáng và tác động cho tín hiệu ở ngõ ra. Nếu cĩ một vật đi ngang qua làm ngắt đi ánh sáng truyền đến bộ phận thu, thì bộ phận thu sẽ khơng thu được ánh sáng, như vậy bộ phận thu sẽ khơng tác động và khơng cĩ tín hiệu ở ngõ ra.
45 Hình 2.51: a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang loại thu phát độc lập. b) Các ký hiệu của tất cả các cảm biến quang trên bản vẽ kỹ thuật. - Khoảng cách phát hiện. Đối với cảm biến quang loại thu phát độc lập, khoảng cách cài đặt là khoảng cách tính từ bộ phận phát đến bộ phận thu sao cho bộ phận thu cĩ thể nhận được ánh sáng hồng ngoại phát ra từ bộ phận phát. Do đĩ, cĩ thể nĩi khoảng cách phát hiện cũng chính là khoảng cách cài đặt. Một số cảm biến của hãng Omron cĩ khoảng cách phát hiện lên đến 30m. Hình 2.52: Khoảng cách cài đặt của cảm biến quang loại thu phát độc lập. - Chế độ hoạt động Dark-On và Light-On. + Chế độ hoạt động Dark-On. Hình 2.53: Chế độ hoạt động Dark-On của cảm biến quang loại thu phát độc lập. + Chế độ hoạt động Light-On.
46 Hình 2.54: Chế độ hoạt động Light-On của cảm biến quang loại thu phát độc lập. Hình 2.55 : Một số hình ảnh thực tế của cảm biến quang loại thu phát độc lập. - Ứng dụng của cảm biến quang loại thu phát độc lập. Hình 2.56: Phát hiện mức sữa/nước trái cây bên trong hộp 3. Xy lanh, biểu diễn quá trình hoạt động bằng biểu đồ trạng thái và Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển điện khí nén. - Mục tiêu:
47 Giới thiệu các loại xy lanh cĩ nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế năng hay động năng của lưu chất thành năng lượng cơ học – chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay( gĩc quay <3600). Thơng thường xy lanh được lắp cố định, pít tơng chuyển động. Một số trường hợp cĩ thể pít tơng cố định, xy lanh chuyển động. Piston bắt đầu chuyển động khi lực tác động một trong hai phía của nĩ ( lực áp suất, lị xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản cĩ hướng ngược lại chiều chuyển động ( lực ma sát, phụ tải, lị xo, lực ì ). Biểu diễn quá trình hoạt động của hệ thống bằng biểu đồ trạng thái 3.1. Xy lanh. a. Xy lanh tác dụng đơn Áp lực tác động vào xy lanh đơn chỉ ở một phía, phía ngược lại là do lị xo tác động hoặc là ngoại lực tác động (hình 2.57). ‘ Hình 2.57 Xy lanh tác động đơn b. Xy lanh màng Xy lanh màng hoạt động như xy lanh tác dụng đơn (hình 2.58). Xy lanh màng cĩ hành trình dịch chuyển lớn nhất (hmax = 80) nên được dùng trong điều khiển, ví dụ trong cơng nghiệp ơ tơ (điều khiển thắng, li hợp ), trong cơng nghiệp hĩa chất (đĩng mở van). Hình 2.58 Xy lanh màng - Xy lanh tác dụng kép Áp lực tác động vào xy lanh kép theo hai phía (hình 2.59).
48 Hình 2.59 Xy lanh tác động kép Hình 2.61 Xy lanh khí nén Hình 2.60 Hình cắt khơng Cĩ trục dẫn hướng gian của xy lanh khí nén - Xy lanh quay Xy lanh quay cĩ khả năng tạo mơmen quay rất lớn. Gĩc quay phụ thuộc vào số cánh gạt của trục. Đối với xy lanh cĩ một cánh gạt, gĩc quay cĩ thể đạt 270 – 2800(hình 2.62). Hình 2.62 Xy lanh quay khí Hình 2.63 Kết cấu xy lanh quay khí nén 3.2 Biểu diễn quá trình hoạt động của hệ thống bằng biểu đồ trạng thái. Để làm thuận lợi cho việc mơ tả quá trình hoặt động của hệ thống và thiết kế hệ thống khí nén , người ta thường sử dụng các biểu đồ trạng thái của các phần tử, sơ đồ chức năng, và lưu đồ hoạt động.
49 - Các ký hiệu thường dùng để mơ tả các phần tử Hình 2.64 Kí hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái - Biểu đồ trạng thái của cơ cấu chấp hành Biểu đồ trạng thái của cơ cấu chấp hành biểu diễn trình tự hoạt động và vị trí của chúng theo thời gian hay tại các thời điểm (trạng thái) của hệ thống (hình 2.65). Hoạt động của mỗi cơ cấu chấp hành trong chu kỳ hoạt động của hệ thống được biểu diễn bởi một dãy ơ kề nhau; trong đĩ mỗi ơ sẽ biểu diễn một nhịp chuyển động của cơ cấu chấp hành đĩ. Như vậy, số ơ này bằng với tổng số nhịp hoạt động tuần tự trong một chu kỳ. trục thẳng đứng của mỗi ơ biểu diễn vị trí (chuyển động thẳng, gĩc quay .) và trục nằm ngang biểu diễn các thời điểm hay trạng thái theo thời gian. Các ký hiệu: Quy ước về vị trí của Piston:
50 Hinh 2.65 Quy ước vị trí của piston Quy ước về nhịp hoạt động của piston: Piston A đang di chuyển từ vị trí 0 tới vị trí 1 (ký hiệu A+) trong nhịp hoạt động thứ I của hệ thống (hình 2.67) được biểu diễn băng một ơ vuơng biểu diễn vị trí đầu của piston, cạnh nằm ngang của ơ vuơng biểu diễn thời điểm hay trạng thái của hệ thống (hình 2.68). Hình 2.67 Piston A di chuyển từ vị trí 0 đến vị trí 1 khi thục hiện nhịp hoạt động thứ nhất I của hệ thống. Hình 2.68 Biểu diễn piston A di chuyển từ vị trí 0 đến 1 trong quá trình hệ thống chuyển trạng thái 1 sang 2 trong nhịp hoạt động thứ I Piston A đang di chuyển từ vị trí 1 tới vị trí 0 (ký hiệu A-) trong nhịp hoạt động thứ I của hệ thống (hình 2.68) được ký hiệu như trên hình 2.69. Hình 2.69 Piston A di chuyển vị trí 1 đến vị trí 0 khi thực hiện nhịp hoạt động thứ I của hệ thống.
51 Hình 2.70 Biểu diễn piston A di chuyển từ vị trí 1 đến 0 trong quá trình hệ thống chuyển trạng thái 1 sang 2 trong nhịp hoạt động thứ I Piston A đang giữ nguyên vị trí 0 khi hệ thống chyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 (hình 2.69) được ký hiệu như trên hình 2.70 Hình 2.70 Piston A giữ nguyên vị trí 0 Hình 2.71 Biểu diễn piston A đang giư nguyên vị trí 0 khi hệ thống chuyển từ trạng thái 1 sang 2. Piston A đang giữ nguyên vị trí 1 khi hệ thống chyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 (hình 2.71) được ký hiệu như trên hình 2.72. Hình 2.74 Piston A giữ nguyên vị trí 1.
52 Hình 2.72 Biểu diễn piston A đang giư nguyên vị trí 1 khi hệ thống chuyển từ trạng thái 1 sang 2. Ví dụ: Một hệ thống hai xy lanh (piston) A và B (hình 2.72) cĩ quá trình hoạt động như sau: - Nhịp hoạt động thứ I: xy lanh A đi ra (A+) đưa vật thể M lên, B đứng yên. - Nhịp hoạt động thứ II: xy lanh B đi ra (B+) đẩy vật thê M vào băng tải C, A đúng yên. - Nhịp hoạt động thứ III: xy lanh A lui về (A-) vị trí ban đầu, B đứng yên. - Nhịp hoạt động thứ IV: xy lanh B lui về (B-) vị trí ban đầu, A đứng yên. hình 2.73 Hệ thống khí nén 2 xy lanh A và B. Biểu diễn biểu đồ trạng thái xy lanh A và B: Vì hệ thống cĩ 4 nhịp hoạt động lên mỗi xy lanh cần dung 4 ơ vuơng như dưới đây: Khi hệ thống thực hiện nhịp I, xy lanh A đi từ vị trí 0 đến vị trí 1 (A+) để đưa vật thể M đi lên, lúc đĩ B đứng yên: ta biểu diễn như sau:
53 Lý luận tương tự đối với các nhịp II (B+), III (A-) và IV (B-), ta cĩ thể biểu diễn đồ thị trạng thái của hệ thống hai xy lanh A và B với quá trình hoạt động trong ví dụ 10 như sau: 3.3Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển điện khí nén.
54 - Phần tử nhận tín hiệu: là nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng đầu vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: cơng tắc, nút nhấn, cơng tắc hành trình, cảm biến - Phần tử sử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định làm thay đổi trạng thái của các phần tử điều khiển. Ví dụ: như van một chiều, van tiết lưu, van logic OR hoặc AND, bộ định thời gian - Phần tử điều khiển: điều khiển dịng năng lượng (lưu lượng) theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành. Ví dụ: như van đảo chiều, ly hợp - Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái đối tượng điều khiển, là đại lượng đầu ra của mạch điều khiển. Ví dụ: như xylanh, động cơ khí nén Yêu cầu đánh giá bài 2: Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày được các nguyên lý cấu tạo từng thiết bị điều khiển khí nén + Về kỹ năng: Cĩ thể ứng dụng các thiết bị đĩ cho từng bài hoc. + Về thái độ: Đảm bảo an tồn và vệ sinh cơng nghiệp. Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm
55 BÀI TẬP VÀ CÂU HỎI THỰC HÀNH Bài 2.1 Trắc nghiệm: 1) Van nào sau đây là van cĩ vị trí khơng 2) Van điều khiển hướng: a. Van 4/2 c. Van 5/2 b. Van logic d. Cả a và c 3) Xilanh tác dụng đơn là xi lanh: a. Hành trình tiến tác động bằng khí chiều ngược lại bằng lị xo hoặc ngoại lực hoặc ngoại lực chiều ngược lại bằng khí b. Cả hai bên tác động bằng khí c. Hành trình tiến bằng lị xo d. Cả a và c 4) Van một chiều làm nhiệm vụ: a. Giảm áp suất c. An tồn b. Cho dịng khi đi qua một chiều d. Cả a,b và c 5) cho hình van sau: Van trên là van: a. 2/2 c. 3/2 b. 4/3 d. 5/3 6) Ký hiệu từ van nối đến cơ cấu chấp hành được ký hiệu: a. Bằng các số 2, 4, 6 hoặc A, B, C c. Cả a và b b. Bằng các số 3, 5, 7 hoặc R, X, T d. Bằng số 1 hoặc P
56 7) Xilanh tác dụng kép là xilanh: a. Hành trình tiến tác động bằng khí chiều ngược lại bằng lị xo hoặc ngoại lực c. Hành trình tiến bằng lị xo hoặc ngoại lực chiều ngược lại bằng khí b. Cả hai bên tác động bằng khí d. Một bên bằng ngoại lực một bên bằng khí 8) Cho một mạch như điện và khí nén như hình vẽ. Nếu nhận Stop xilanh ở vị trí nào: a. Vị trí đầu b. Vị trí cuối c. Đứng yên vị trí trước khi mất điện 9) Cho van tiết lưu như hình vẽ và nếu van đã bị khĩa 100 % . Vậy dịng khí: a. Được lưu thơng từ trái qua phải c. Khơng được lưu thơng b. Được lưu thơng từ phải qua trái d. Trường hợp khác 10) Cho một hệ thống A dùng các xilanh kép cĩ các nút điều khiển Start, Stop, Reset. Nút Stop cĩ nhiệm vụ dừng ngay hệ thống tại vị trí. Vậy hệ thống dùng van nào? a. 2/2 c. 4/3 b. 5/3 d. Cả b và c 2.2 Câu hỏi hiểu bài:
57 a) Trình bày nguyên lý cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất? b) Các yêu cầu cơ bản của hệ thống khí nén? c ) So sánh hai nguyên lý hoạt động của máy nén khí (nguyên lý thay đổi thể tích và nguyên lý động năng) 2.3 Câu hỏi hiểu bài: a) Trình bày nguyên lý cấu tạo nguyên lý hoạt động của van an tồn? Vẽ sơ đồ mạch và giải thích? b) Lấy ví dụ, vẽ sơ đồ mạch hệ thống sử dụng van một chiều. c)Vẽ sơ đồ mạch cĩ sử dụng van tiết lưu đường ra và đường vào. 2.4 Cho cơ cấu máy ép như hình vẽ: 1. Trong cơ cấu máy bên chúng ta phải chọn loại cảm biến nào sao cho khoảng cách khuân trên và khuân dưới phù hợp là 50mm? 2. Phát biểu nguyên lý hoạt động mạch điều khiển và động lực sau. 3. Kiểu kết nối cảm biến kiểu NPN hay PNP? 2.5 Cho một piston A và 3 cơng tắc khí nén như hình vẽ:
58 Hãy thiết kế mạch khí nén điều khiển xy lanh A theo yêu cầu sau: - 3 cơng tác khơng bị tác động, piston A ở vị trí 0. - 1 trong 3 cơng tắc bị tác động, piston A ở vị trí 1. - 2 trong 3 cơng tắc bị tác động, piston A ở vị trí 0. - 3 cơng tác bị tác động, piston A ở vị trí 1. Xây dựng biểu đồ trạng thái: 2.6 Hãy biểu diễn biểu đồ trạng thái của hệ thống hai xy lanh A và B hoạt động theo yêu cầu sau: Nhịp hoạt động thứ I: xy lanh A đi ra (A+), B đứng yên. Nhịp hoạt động thứ II: xy lanh B đi ra (B+), A đứng yên. Nhịp hoạt động thứ III: xy lanh B lui về (B-) vị trí ban đầu, A đứng yên. Nhịp hoạt động thứ IV: xy lanh A lui về (A-) vị trí ban đầu, B đứng yên. TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Bài tập 1: 1. Trong cơ cấu máy bên chúng ta phải chọn loại cảm biến nào sao cho khoảng cách khuân trên và khuân dưới phù hợp là 50mm? 2. Phát biểu nguyên lý hoạt động mạch điều khiển và động lực sau. 3. Kiểu kết nối cảm biến kiểu NPN hay PNP?
59 Gợi ý: - Dựa vào chất liệu ta chọn cảm biến - Khoảng cách khuân trên và khuân dưới phù hợp là 50 mm thì ta nên sử dụng loại cảm biến nào - Chọn xylanh ép cho cơ cấu máy - Chọn cơ cấu van nào điều khiển xylanh - Biểu diễn nguyên lý hoạt động bằng biểu đồ trạng thái
60 BÀI 3 THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN. Mã bài: MĐ 32 - 03 Giới thiệu: Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống điều khiển điện khí nén là bài quan trọng vì nĩ đáp ứng nhu cầu người sử dụng. Cách thiết kế sao cho tối ưu nhất, ít tốn kém, gọn đẹp và phịng tránh được những bất lợi cĩ thể sẩy ra trong lúc vận hành. Từ đĩ cĩ mới lắp đặt kiểm tra hệ thống được được thuận tiện hơn Là khâu đầu của mạch điều khiển vì vậy bài này địi hỏi người học cĩ thái độ học tập nghiêm túc và tính cẩn thận trong khi thiết kế cũng như lắp đặt đảm bảo an tồn cho người sử dụng máy. Mục tiêu: - Đọc và vẽ được sơ đồ mạch điện, khí nén và biểu đồ trạng thái. - Lắp ráp, vận hành và kiểm tra hệ thống điều khiển điện - khí nén an tồn. - Chủ động, sáng tạo và an tồn trong thực hành. 1. Nguyên lý thiết kế hệ thống điều khiển điện khí nén. - Mục tiêu: Tìm hiểu các ký hiệu trong mạch điện và Các phương pháp thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống khí nén được ứng dụng trong thực tế. Các dạng bài tập thiết kế từ dễ điến nâng cao dần 1.1 Các phần tử điện: Cơng tắc thường mở Cơng tắc thường đĩng Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thường đĩng
61 Rơ le điểu khiển Rơ le thời gian tác động muộn Rơ le thời gian nhả muộn Cuộn dây điều khiển van Đèn báo hiệu Cơng tắc hành trình thường mở và thường đĩng Nguần điện áp 24V Điện áp 0V 1.2 Các phương pháp thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống khí nén bằng rơ le: 1.2.1. Thiết kế mạch điện điều khiển theo nhịp sử dụng chuỗi bước cĩ xĩa. Định nghĩa về mạch điện điều khiển theo nhịp sử dụng chuỗi bước cĩ xĩa Mạch điện điều khiển theo nhịp sử dụng chuỗi bước cĩ xĩa là mạch điện mà ở mỗi bước hay mỗi nhịp hoạt động của hệ thống được điều khiển bởi một phần tử đưa tín hiệu vào và tạo mạch duy trì bằng một rơle thực hiện chức năng sau:
62 - Ngắt tín hiệu nhịp trước đĩ. - Cấp tín hiệu cho nhịp hiện tại. - Chuẩn bị tín hiệu cho nhịp tiếp theo. Xét mạch điện điều khiển theo nhịp i-1, i và i+1 (hình 3.1): Giả sử nhịp thứ i-1 đang được thực hiện cĩ nghĩa là K i-1 đang được duy trì. Khi Si = 1: Cĩ ba hoạt động đồng thới xảy ra. - Rơle Ki cĩ điện làm tiếp điểm thường mở K i (nhánh số 4) đĩng mạch và rơle này được duy trì: Cấp tín hiệu hiện tại cho bước thứ i. - Tiếp điểm thường đĩng Ki (nhánh số 1) hoạt động làm cho rơle Ki -1 khơng cịn duy trì: Ngắt tín hiệu nhịp thứ i-1 trước đĩ. - Tiếp điểm thường mở Ki ở nhánh số 5 đĩng mạch chuẩn bị cho nhịp tiếp theo i+1. Hình 3.1 Mạch điện 3 chuỗi bước cĩ xĩa i-1, i và i+1. Bằng cách lý luận tương tự, ta cĩ thể xây dựng được mạch điện cĩ n bước nhịp điều khiển. Tuy nhiên cần chú ý: khi hệ thống thực hiện nhịp thứ n sau đĩ chuyển sang nhịp 1, thì tiếp điểm thường mở K n cĩ nhiệm vụ chuẩn bị cho nhịp 1 và tiếp điểm thường đĩng K 1 sẽ làm nhiệm vụ ngắt nhịp thứ n (hình 3.2). Cơng tắc RESET thong thường được đặt ở nhịp thứ n, và cơng tắc START được đặt nhịp thứ 1.
63 Hình 3.2 Mạch điện n chuỗi bước cĩ xĩa (n > 2). 1.2.2 Phương pháp thiết kế. Bước 1: Xây dựng biểu đồ trạng thái theo yêu cầu thực tế. Bước 2: Hồn thiện biểu đồ trạng thái: + Ghi số cơng tác hành trình lên biểu đồ trạng thái. Cần chú ý: nhịp cuối cùng của chu kỳ hoạt động của hệ thống sẽ tác động cơng tắc hành trình đầu chu kỳ mới. + Lập bảng mơ tả quan hệ giữa các tín hiệu điều khiển hướng của các piston với các cuơn dây điều khiển van, cũng như quan hệ giữa các cơng tắc hành trình và rơle điều khiển nhịp. Bước 3: Dựa vào biểu đồ trạng thái, xây dựng mạch điều khiển hệ thống khí nén: + Vẽ các piston và van điều khiển hướng của chúng ở trạng thái ban đầu. + Đặt các chỉ số cơng tắc hành trình lên vị trí hành trình của các piston tương ứng. + Thiết kế mạch điều khiển tín hiệu khởi đơng START. ( Ghi chú: tín hiệu START luơn được kết nối AND với cơng tắc hành trình kích hoạt nhịp đầu tiên của chu kỳ). + Thiết kế mạch điện điều khiển theo nhịp sử dụng các bước cĩ xĩa. + Thiết kế thêm phần mạch động lực điều khiển các cuộn dây điều khiển van. Bước 4: kiểm tra và hồn thiện mạch.
64 1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển theo tầng sử dụng phương pháp chuỗi bước cĩ xĩa 1.3.1 Nguyên tắc thiết kế mạch điện điều khiển theo tầng sử dụng chuỗi bước cĩ xĩa. Tương tự như phương pháp trên, mạch điện điều khiển theo tầng cũng sử dụng chuỗi bước cĩ xĩa. Phương pháp này khác với phương pháp trên ở chỗ mạch điện sử dụng sử dụng chuỗi bước chỉ áp dụng tại các trạng thái chia tầng mà thơi. Các bước thiết kế: Bước 1: Xây dựng biểu đồ trạng thái theo yêu cầu thực tế. Bước 2: Hồn thành biểu đồ trạng thái: + Ghi số cơng tác hành trình lên biểu đồ trạng thái. Cần chú ý: nhịp cuối cùng của chu kỳ hoạt động của hệ thống sẽ tác động cơng tắc hành trình đầu chu kỳ mới. + Tiến hành chia tầng theo cách sau. Khi tầng T1=1 cĩ điện thì các tầng cịn lại từ T 2 đến T n sẽ cĩ tín hiệu bằng 0; điều này cĩ nghĩa là A+ =1, A- = 0 do nối với tầng khác nhau. Trong trường hợp Ti = 1, T1 = 0 thì A- = 1, A+ = 0. Điều này giải thích tại sao các van điều khiển khơng bị khĩa cứng vì hai tín hiệu điều khiển hướng là A+ và A- của nĩ khơng đồng thời cĩ tín hiệu 1 ở cùng một thời điểm. Hình 3.3 Sơ đồ hoạt động tuần tự của các tầng khí + Lập bảng mơ tả quan hệ giữa các cơng tắc hành trình với các rơle điều khiển tầng, và quan hệ giữa các cơng tắc hành trình, tín hiệu điều khiển hướng của các piston với các cuộn dây điều khiển van. Bước 3: Dựa vào bảng trạng thái, xây dựng mạch điện điều khiển hệ thống khí nén: + Vẽ các piston và van điều khiển hướng của chúng ở trạng thái ban đầu. + Đặt các chỉ số cơng tắc hành trình lên vị trí hành trình của các piston tương ứng. + Thiết kế mạch điều khiển tín hiệu khởi đơng START. ( Ghi chú: tín hiệu START luơn được kết nối AND với cơng tắc hành trình kích hoạt nhịp đầu tiên của chu kỳ).
65 + Thiết kế mạch điện điều khiển theo tầng + Thiết kế thêm phần mạch động lực điều khiển các cuộn dây điều khiển van. Bước 4: kiểm tra và hồn thiện mạch. 1.3.2 Thiết kế mạch điện điều khiển theo tầng lồng ghép (cascade) a) Đặc điểm và cấu tạo của các mạch điều khiển tầng lồng ghép. Đặc điểm của loại mạch điện điều khiển theo tầng này là các tín hiệu điều khiển tầng sau được lồng ghép vào tầng trước đĩ; ví dụ: tín hiệu điều khiển tầng L2 là E2 sẽ được đặt trong tầng L1. Tín hiệu điều khiển L3 là E3 sẽ được lồng vào trong tầng L2 .Dưới đây là cấu tạo của một số mạch điện điều khiển tầng kiểu lồng ghép: Mạch điện hai tầng L1 và L2 sử dụng một rơle K1 ở hình 3.4: Tín hiệ điều khiển tầng: L1: Cấp tín hiệu cho L1 L2: Cấp tín hiệu cho L2 Trong đĩ: L1 = K1 L2 = K1 Hình 3.4 Mạch điện hai tầng lồng ghép Mạch điện ba tầng L1, L2, L3 sử dụng hai rơle K1 và K2 ở hình 3.5:
66 Hình 3.5 Mạch điện ba tầng lồng ghép. Mạch điện 4 tầng L1, L2, L3 và L4 sử dụng ba rơle: Hình 3.6 Mạch điện bốn tầng lồng ghép. Mạch n tầng L1, L2, ,Ln sử dụng n-1 rơle:
67 Hình 3.7 Mạch điện n tầng lồng ghép. Tín hiệu điều khiển tầng: E1: Cấp tín hiệu cho L1 E2: Cấp tín hiệu cho L1 En: Cấp tín hiệu cho Ln Trong đĩ: L1 = K1.K2 L2 = K1.K2.K3 L3 = K1.K2.K3.K4 L4 = K1.K2.K3.K4 Ln-2 = K1.K2.K3 Kn-1 Ln-1 = K1.K2.K3 Kn-1 Ln = K1 Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển tuần tự theo tầng Nguyên tắc thiết kế theo tầng lồng ghép cũng tương tự như thiết kế theo tầng sử dụng phương pháp chuỗi bước cĩ xĩa, nhưng khác nhau ở cách thiết kế mạch điện điều khiển tầng 2. Điều khiển xy lanh bằng van hai cuộn dây. - Mục tiêu:
68 Thiết kế được mạch điều khiển cĩ cảm biến tiệm cận – hành trình tự thu về của xy lanh và van điều khiển hướng khơng sử dụng lị xo và Cảm biến tiệm cận với rơle. Ứng dụng điều khiển xy lanh với hàm AND, OR 2.1 Thiết kế mạch điều khiển cĩ cảm biến tiệm cận – hành trình tự thu về của xy lanh và van điều khiển hướng khơng sử dụng lị xo. - Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống hoạt động theo biểu đồ trạng thái dưới đây: Hình 3.9 Biểu đồ trạng thái của sơ đồ khí nén. Yêu cầu về tín hiệu khởi động: Ấn cơng tắc START, hệ thống hoạt động một chu kỳ. Trình tự làm: Bước 1: Ví dụ cho Bước 2: Tuần tự ghi các chỉ số cơng tắc hành trình lên biểu đồ trạng thái tuần tự theo tùng nhịp hoạt động: Hình 3.10 Biểu đồ trạng thái của xylanh A và B ghi tên cảm biến tiệm cận và mũi tên liên hệ. Bảng mơ ta quan hệ giữa các tín hiệu điều khiển hướng của các piston với các cuận dây điều khiển van, cũng như quan hệ giữa các cảm biến tiệm cận và các rơle điều khiển nhịp. Trong trường hợp này, hệ thống hoạt động với bốn nhịp điều khiển nên ta sử dụng bốn rơle từ K1 đến K4. Nhịp hoạt động của hệ I II III IV Tín hiệu điều khiển hướng A+ B+ B- A- Cuộn dây điều khiển van Y1 Y3 Y4 Y2 Tín hiệu vào điều khiển B1 B2 B3 B4 nhịp
69 Rơle điều khiển nhịp K1 K2 K3 K4 Bước 3: Vẽ các piston và van điều khiển hướng của chúng ở trạng thái ban đầu và đặt các chỉ sơ cảm biến tiệm cận lên vị trí hành trình của các piston ở vị trí tương ứng. Hình 3.11 Mạch khí nén và vị trí của các cảm biến tiệm cận Thiết kế mạch điện điều khiển theo nhịp: theo bảng trên, cảm biến tiệm cận B1, B2, B3 và B4 lần lượt điều khiển các rơle K1, K2, K3 và K4 để tạo ra mạch điện bốn nhịp điều khiển như sau: Hình 3.12 Mạch điện cĩ bốn nhịp điều khiển theo phương pháp chuỗi bước cĩ xĩa. Dựa vào bảng trên ta thiết kề thêm phần mạch động lực như sau: tiếp điểm K1 của rơle K1 mắc nối tiếp với cuộn dây Y1 thực hiện nhịp I (A+), tiếp điểm K2 cấp tín hiệu điều khiển nhịp II lớn cho cuộn dây Y3 (B+), tiếp điểm K3 cấp tín hiệu Y4 thực hiện nhịp III (B-) và K4 sẽ mắc nối tiếp với Y2 thực hiện nhịp IV (A-).
70 Hình 3.13 Mạch điều khiển theo phương pháp chuỗi bước cĩ xĩa. 2.2. Cảm biến tiệm cận với rơle. Cách mắc cảm biên tiêm cận: - Loại Cảm biến cảm ứng từ. - Loại cảm biến điện dung Hình 3.14 Cách mắc cảm biến tiệm cận. Cho mạch điện điều khiển cho hệ thống hoạt động theo biểu đồ trạng thái dưới đây.
71 Hình 3.15 Biểu đồ trạng thái của sơ đồ khí nén. Các bước tiến hành hồn thiện. Chia tầng và ghi chỉ số cảm biến tiệm cận trên biểu đồ trạng thái: Hình 3.16 Biểu đồ trạng thái của xylanh A, B và C được chia tầng, với tên các cảm biến tiện cận và mũi tên lien hệ. Hình 3.16 cho ta thấy các cảm biến tiệm cận CB6 và CB3 là các cảm biến lần lượt điều khiển hai tầng L1 và L2 thơng qua ba rơle mà ta cĩ thể gán tên lên K1 và K2. Trong tầng L1 (tương ứng với K1), cĩ ba nhịp VI,I và II hoạt động (với nhịp VI là nhịp đầu tiên của L1). Trong tầng L2 (K2) cĩ ba nhịp III, IV và V. Do vậy, bảng mơ tả các mối quan hệ như sau: Tầng L1 L2 Cảm biến điều khiển tầng CB6 CB3 Rơle điều khiển tầng K1 K2 Nhịp hoạt động của hệ VI I II III IV V Tín hiệu điều khiển hướng C- A+ B+ B- A- C+ xylanh và cuộn dây đ/k van Y6 Y1 Y3 Y4 Y2 Y5
72 tương ứng Tín hiệu điều khiển nhịp K1.CB1. K1 K1.K2 K3 K2.CB4 K2.CB5 mạch động lực START Từ bảng trên ta suy ra: Y6 = K1; Y1 = K1.CB1.START; Y3 = K1.K2; Y4 = K3; Y2 = K2.CB4; Y5 = K2.CB5 Vị trí của các cảm biến tiệm cận trên hệ thống khí nén: Hình 3.17 Mạch khí nén và vị trí của các cản biến tiệm cận Khi thao tác thiết kế mạch điều khiển tầng cần chú ý số tầng n = 2 (khi mạch điện chỉ cĩ hai chuỗi bước xĩa hay hai nhịp hoạt động, các tiếp điểm thường đĩng dùng để ngắt tín hiệu trước đĩ sẽ phải thay đổi vị trí trên mạch điện để mạch điều khiển cĩ thể hoạt động được). Dựa vào bảng mơ tả quan hệ ở trên, mạch điện điều khiển hoạt động của hệ thống khí nén như sau (bao gồm mạch điều khiển hai tầng và mạch động lực): Hình 3.18 Mạch điều khiển tầng sử dụng cảm biến tiệm cận Hình 3.19 mơ tả cách biểu diễn cơng tác hành trình từ tiệm cận trên ký kiệu của xylanh (1B1; 1B2) và cách nối cơng tác cơng tắc trong mạch điện điều
73 khiển hệ thống. Các rơle điện từ KB1, KB2 đĩng vai trị trung gian mạng thong tin về trạng thái của cơng tắc 1B1, 1B2 tương ứng. Hình 3.19 Ví dụ ứng dụng cơng tắc điện từ tiệm cận 2.3. Điều khiển xy lanh với hàm AND, OR Ta cĩ mạch ứng dụng AND và OR như sau: - Hàm AND. Điều khiển một xylanh như hình 3.19 sử dụng van khơng nhớ. Hình 3.20 Mạch khí nén đơn giản sử dụng van 4/2 khơng nhớ
74 Hình 3.21 Mạch khí nén sử dụng cơng tác hành trình và mạch điều khiển - Hàm OR. Hình 3.22 Mạch khí nén và mạch điện điều khiển sử dụng hàn OR 2.4. Điều khiển xy lanh với van một cuộn dây – Điều khiển tự duy trì. - Mạch tự duy trì. Xét mạch đơn giản sau sử dụng van một cuộn dây (van khơng nhớ).
75 Mạch khí nén Mạch điều khiển tự duy trì - khởi tạo trội (Dominant set) Mạch điều khiển tự duy trì – khởi tạo trội (Dominant reset) Hình 3.23 Mạch tự duy trì 3. Điều khiển hai xy lanh - Mục tiêu: Cĩ thể thiết kế và lắp đặt trạm phân phối làm việc một chu trình, điều khiển trạm phân phối làm việc lớn hơn một chu trình và từ bảng trạng thái ta cĩ thể thiết kế mạch điều khiển 3.1. Điều khiển trạm phân phối làm việc một chu trình Cho qui trình cơng nghệ hoạt động như hình vẽ làm việc một chu trình. Anh, biều đồ trạng thái mơ tả hoạt động của hệ thống phân phối.
76 Hình 3.24 Trạm phân phối làm việc một chu trình + Từ hình vẽ ta cĩ biểu đồ trạng thái. Hình 2.25 Bảng trạng thái trạm phân phối làm việc một chu trình. + Mạch khí nén. Hình 3.26 Mạch khí nén trạm phân phối làm việc một chu trình. + Tín hiệu điều khiển. E 1 = Start & 2B1 E 2 = 2B2 I. A+ = Y1 = Tầng 1 = K1 & 2B1 & Start II. B+ = Y3 = Tầng1 = K1 & 1B2 III. A- = Y2 = Tầng 2 = K1 & 2B2 IV. B- = Y4 = Tầng 2 = K1 & 1B1
77 + Mạch điều khiển. Hình 3.27 Mạch điện điều khiển trạm phân phối làm việc một chu trình. Nhấn nút Start xylanh tác động kép A đi ra đẩy chi tiết ra, đến cuối hành trình xylanh tác động kép B đi ra đẩy chi tiết sang thùng hàng, sau đĩ xylanh A quay về vị trí ban đầu, và tiếp theo xylanh B quay về hồn tất một chu trình của trạm phân phối. 3.2. Điều khiển trạm phân phối làm việc lớn hơn một chu trình Cho hệ thống làm việc như biểu đồ trạng thái sau:
78 Hình 3.28 Biểu đồ trạng thái của sơ đồ khí nén và . Tham khảo các kết quả tín hiệu ra điều khiển hướng, hàm set và reset qua bảng lưu đồ sơ khai; Bảng 3.1. Bảng lưu đồ sơ khai. TT A1B1 A2B1 A2B2 A1B2 A+ A- B+ B- 1 1 2 - - 1 0 0 - 3 2 - 2 - - 0 1 0 3 - 4 3 - - 0 0 1 4 5 4 - - 0 1 0 - 5 5 - - 6 0 - 1 0 6 1 - - 6 0 - 0 1 Trong bảng lưu đồ sơ khai trên, các dấu “-“ trong các cột tín hiệu điều khiển hướng biểu thị cho trạng thái khơng cần quan tâm (dù là tín hiệu 0 hay 1). Kết hợp 1, 2, 6 và các hàng 3, 4, 5 ta cĩ bảng lưu đồ kết hợp: B ảng 3.2. Bảng lưu đồ kết hợp được gán trạng thái K Thứ tự Tên hàng hàng kết hợp A1B1 A2B1 A2B2 A1B2 K 1 2 6 I 1, 2, 6 3 0
79 5 4 3 II 3, 4, 5 6 1 Do bảng lưu đồ kết hợp cĩ hai hàng nên chỉ cần dùng một flip-flop để tạo ra hai trạng thái: Hình 3.31 Hai flip-flop tạo ra hai trạng thái. Giá trị K = 0, 1 được gán cho hai hàng như bảng trên (Hình 2.30) Bảng Karnaugh tương ứng với các hàm kích hoạt S, R: Bảng Karnaugh Cho S Bảng Karnaugh Cho R S+ = KA2.KB2 R = KA1.KB2 Hình 3.29 Bảng Karnaugh của các tín hiệu kích hoạt set và reset. Các hàm tín hiệu ra điều khiển hướng của các piston: A+ = Y1 = KB1.K.START A- = Y2 = KB1.K B+ = Y3 = KA2.K + KA1.K B- = Y4 = KB2 Mạch điện điều khiển hệ thống khí nén được thực hiện như sau với các tín hiệu trên. Mạch điện này cũng là cơ sở để viết các chương trình điều khiển hệ thống khí nén bằng PLC.
80 Hình 3.30 Mạch điều khiển nhiều chu trình của hệ thống khí nén. 4. Biểu đồ trạng thái. - Mục tiêu: Từ yêu cầu thực tế ta cĩ biểu đồ trạng thái, do đĩ người thiết kế mạch điện cĩ thể thiết kế đúng như chu trình làm việc theo yêu cầu đưa ra Như đã trình bầy ở phần 3.2 của bái 1 để làm rõ hơn về biểu đồ trạng thái từng trường hợp cụ thể hơn. - Biểu đồ chuyển động ( Motion diagram), trên hình 3.31 biểu diễn sơ đồ cơng nghệ một khâu vận chuyển sản phẩm và biểu đồ chuyển động của cơ cấu chấp hành. Biểu đồ này chỉ mang thơng tin về hành trình bước của các xylanh. Hình 3.31 Mơ tả biểu đồ chuyển động
81 Biểu đồ chuyển động cịn được mơ tả thật ngắn gọn bằng dãy ký hiệu: 1A+ 2A+ 1A- 2A- Đọc theo thứ tự từ trái qua phải là: bước 1 piston 1A đi lên( up), bước 2 2A đi ra (advance), bước 3 1A đi xuống (down), bước 4 2A đi về (return) Hình 3.32 mơ tả biểu đồ hành trình thời gian - Biểu đồ hành trình thời gian ( Displacement - time Diagram). Biểu đồ hình 3.32 ( vẫn cho ví dụ trên), ngồi thơng tin về hành trình cịn biểu diễn thời gian thực hiện các bước. - Biểu đồ điều khiển (Control chart) Hình 3.33 trình bày một biểu đồ điều khiển mơ tả trạng thái đĩng mở của một số phần tử điều khiển (van 1V cho 1A, 2V cho 2A) và phần tử đưa tín hiệu ( cơng tắc hành trình 1S1) để thực hiện các bước hành trình nêu trên. Hình 3.33 Biểu đồ điều khiển - Biểu đồ chức năng (Function diagram) Nếu tích hợp biểu đồ chuyển động (hình 3.31) hoặc biểu đồ hành trình thời gian (hình 3.32) với biểu đồ điều khiển (hình 3.33 ) ta sẽ cĩ một biểu đồ
82 chức năng. Ví dụ biểu đồ(hình 3.34) mơ tả tích hợp các thơng tin về chuyển động theo hành trình bước của các cơ cấu chấp hành dưới tác động điều khiển của các phần tử điều khiển cần thiết. Trong hình 3.37 quy ước kí hiệu hành trình của các cơ cấu chấp hành: Hình 3.34 quy ước kí hiệu hành trình của các cơ cấu chấp hành - Số (1) là điểm cuối của hành trình đi ra - Số (0) là điểm cuối của hành trình thu về và trạng thái đĩng mở của các phần tử điều khiển: - Số (1) là trạng thái mở, cung cấp khí nén - Số (0) là trạng thái khĩa, ngắt nguồn khí nén - Biểu đồ hành trình bước (Displacement- Step diagram) Các dạng biểu đồ vừa được mơ tả trên đây rất cĩ ý nghĩa cho việc phân tích bài tốn điều khiển một cách chi tiết cho từng phần tử. Tuy nhiên, để đơn giản, phù hợp đối với bài tốn điều khiển khơng quá phức tạp, người ta sử dụng biểu đồ hành trình bước. Biểu đồ hành trình bước biểu diễn trình tự hoạt động của các phần tử chấp hành trong hệ thống, mối quan hệ giữa các bước theo trình tự thơng qua các tín hiệu điều khiển. Ví dụ về biểu đồ này được mơ tả trên hình 3.38. Biểu đồ mơ tả khá đầy đủ các thơng tin cần thiết nhất cho thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống khí nén: - Hành trình chuyển động của các phần tử chấp hành:
83 Hình 3.35 Biểu đồ hành trình bước Tuy nhiên, khi cần mơ tả bài tốn điều khiển chi tiết, đầy đủ hơn nữa, như việc biểu diễn trạng thái của các phần tử điều khiển, các phần tử đưa tín hiệu hoặc cần biểu diễn cụ thể thời gian của từng bước hành trình chúng ta cần kết hợp tất các các dạng biểu đồ trên. Tập đồn FESTO hỗ trợ vẽ các biểu đồ cũng như mạch hệ thống khí nén bằng phần mềm FluidDRAW4. Ví dụ 1: Thiết bị ép dán Plastic, cơng nghệ (Hình 3.36) và biểu đồ hành trình bước ( hình 3.37) - Bàn ép đựơc truyền động lên xuống bằng Xylanh 1A - Thời gian ép được đặt theo yêu cầu, ví dụ 5s và được tính từ thời điểm bàn ép tác động lên cơng tắc hành trình (1S2). - Chu trình mới được bắt đầu bằng việc nhấn nút ấn (1S3) và kèm theo điều kiện bàn ép đã rút về vị trí cuối cùng (1S1 được tác động). 5s Hình 3.36 Mơ tả cơng nghệ Hình 3.37 Biểu đồ hành trình bước
84 Yêu cầu đánh giá bài 3: Nội dung: + Về kiến thức: - Đọc được các bản vẽ thiết kế của ngành điện khí nén, phân tích được nguyên lý các bản vẽ thiết kế điện như bản vẽ cấp điện, bản vẽ nguyên lý mạch điều khiển. - Vận dụng được các nguyên tắc trong thiết kế điện khí nén để chọn thiết bị cho phù hợp - Vận dụng được các nguyên tắc trong lắp ráp, sửa chữa các thiết bị điện. - Phân tích được phương pháp xác định các dạng hư hỏng thường gặp của các thiết bị điện khí nén. - Vận dụng được những kiến thức cơ sở và chuyên mơn đã học để giải thích các tình huống cĩ thể sẩy ra trong lúc vận hành + Về kỹ năng: Lắp đặt và tổ chức lắp đặt đúng yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điện khí nén của một xí nghiệp. Vận hành được những hệ thống điều tốc tự động, đọc, hiểu và tự lắp đặt, vận hành được các thiết bị điện khí nén , cơng nghệ hiện đại + Về thái độ: Đảm bảo an tồn và vệ sinh cơng nghiệp. Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành lắp ráp, mạch điện theo yêu cầu của bài + Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong cơng việc BÀI TẬP THỰC HÀNH Bài tập1: 1. Điều khiển trực tiếp Xylanh tác dụng đơn khi cần: + Điều chỉnh tốc độ khi Piston đi ra; lùi về bình thường + Hoặc điều chỉnh tốc độ khi Piston đi ra; lùi về nhanh nhất cĩ thể (dùng van xả nhanh) 2. Dùng cơng tắc 5/2 với Xylanh tác dụng kép cĩ điều chỉnh tốc độ khác nhau cho cần Piston khi đi ra, đi về. Bài tập 2: 1. Điều khiển Xylanh kép bằng van 5/2 đk khí nén một phía, phải đk bằng hai vị trí đồng thời (dùng hoặc khơng dùng phần tử AND ). 2. Điều khiển một Xylanh kép bằng van điều khiển khí nén một phía, cĩ thể điều khiển ở hai nơi. 3. Sử dụng mạch tự giữ (tự duy trì) điều khiển gián tiếp Xylanh bằng van điều khiển một phía, so sánh với mạch dùng van cĩ nhớ. Bài tập 3:
85 1. Điều khiển điện theo hành trình, cĩ nút điều khiển Piston lùi về khẩn cấp. Biểu đồ hành trình bước (hình 3.38) Hình 3.38 Biểu đồ hành trình bước 2. Điều khiển điện theo hành trình, điều khiển từng bước.Biểu đồ hành trình bước (hình 3.39) Hình 3.39 Biểu đồ hành trình bước Bài tập 5: Một thiết bị lắp ráp chi tiết cĩ biểu đồ hành trình bước như hình vẽ (hình 3.40). Thiết kế hệ thống khí nén, tùy ý chọn áp suất và thời gian. Yêu cầu: Hành trình thực hiện lắp chi tiết cĩ lựa chọn đựơc tốc độ. Hành trình rút về cĩ tốc độ được tăng cường tối đa.
86 Hình 3.40 Biểu đồ hành trình bước Bài tập 6: Cho biểu đồ trạng thái như hình vẽ. Thiết kế mạch khí nén, mạch điện khí nén.  Chạy mơ phỏng chương trình  Lắp rắp mạch  Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống BÀI TẬP THỰC HÀNH NÂNG CAO Bài 1: Điều khiển Xylanh tác dụng đơn hoặc kép với mạch tự giữ khi sử dụng van đảo chiều 3/2 hoặc 4/2 hay 5/2 điều khiển bằng khí nén một phía: Hệ điều kiện điều khiển: - Bằng sự tác động nút ấn 1S1, hành trình đi ra của piston được duy trì. Bằng nút ấn 1S2, cĩ thể đưa piston về từ bất kỳ vị trí nào trên hành trình đi ra ( ví dụ tình huống cĩ sự cố)
87 - Hành trình đi ra cĩ điều chỉnh tốc độ. Hành trình đi về cần rút về nhanh nhất cĩ thể. * Thiết kế hệ thống điều khiển điện khí nén. Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ: Phần tử Chú giải Bài 2: Với dữ kiện cho trong bài 1, hãy thiết kế theo cấu trúc tầng và cấu trúc nhịp. Nhận xét về khả năng tự duy trì.  Chạy mơ phỏng chương trình  Lắp rắp mạch  Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ: Phần tử Chú giải Bài 3: Điều khiển hệ thống bằng điện khí nén với cylinder tác dụng đơn hoặc kép nâng tải trọng Hệ điều kiện điều khiển: - Bằng sự tác động nút ấn 1S1, hành trình đi ra của piston được duy trì. - Bằng nút ấn 1S2, cĩ thể dừng piston ở bất kỳ vị trí nào trên hành trình đi ra ( chú ý tải của piston cĩ thể khiến cho piston tự lùi về). Nếu muốn tiếp tục đưa piston đi ra- lại ấn 1S1. Đến vị trí đặt cảm biến hành trình 1S4, piston tự rút về và chuẩn bị cho chu trình mới. - Hành trình đi ra và đi về đều cĩ điều chỉnh tốc độ. Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ:
88 Phần tử Chú giải Bài 4: Điều khiển một cylinder cĩ biểu đồ bước như hình vẽ . Hệ điều kiện: Như cho trên biểu đồ Yêu cầu : Hành trình đi ra và đi về đều cĩ điều chỉnh tốc độ. Thời gian trễ tuỳ ý lựa chọn - Nhiệm vụ: * Chọn phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển bằng khí nén theo tầng  Chạy mơ phỏng chương trình  Lắp rắp mạch  Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ: Phần tử Chú giải Bài 5: Điều khiển một cylinder cĩ biểu đồ bước như hình vẽ Hệ điều kiện: Như cho trên biểu đồ Yêu cầu cơng nghệ: Hành trình đi ra và đi về đều cĩ điều chỉnh tốc độ. Thời gian đặt tuỳ ý lựa chọn Nhiệm vụ: - Chọn phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển bằng khí nén theo nhịp  Chạy mơ phỏng chương trình  Lắp rắp mạch  Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ: Phần tử Chú giải Bài 6: Cho hệ thống như hình vẽ: Khi nhấn nút Start và cĩ sản phẩm xylanh kẹp A đi xuống kẹp chi tiết sau đĩ xylanhB mang khoan xuống khoan chi tiết ở vị trí số một. Khoan song xylanh B mang khoan lên. Xylanh C trượt sang vị trí thứ hai, xylanh khoan B xuống khoan lần thứ hai ( B xuống và về liền) sau đĩ xylanh A nhả ra. Cuối cùng xylanh C trượt về vị trí ban đầu Yêu Cầu:  Vẽ Biểu đồ trạng thái.
89  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống.  Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển theo tầng khí nén thuần túy cho tồn bộ chương trình sử dụng. Hệ thống cĩ hai chế độ chạy 1 chu kỳ và nhiều chu kỳ.  Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén theo phương pháp chuỗi bước cĩ xĩa. Hệ thống cĩ: Start, Stop và Reset.  Chạy mơ phỏng chương trình  Lắp rắp mạch  Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống Bài 7: Cho qui trình cơng nghệ như hình vẽ Khi nhấn nút start chi tiết được kẹp bởi xylanh A. Cụm cơ cấu B sẽ thực hiện việc khoan bản lề (khi đi hết hành trình B sau 5 s B lùi), khi hồn tất việc khoan, xylanh C dịch chuyển bàn trượt sang vị trí xốy. Cụm cơ cấu
90 D xốy các lỗ trên bản lề. Hồn tất chu trình xốy, bộ phận xốy trở về vị trí ban đầu. Bàn trượt lùi về vị trí khoan sau đĩ xylanh A ngừng kẹp bản lề. Việc lắp và thốt bản lề được thực hiện bằng tay. Yêu Cầu:  Vẽ Biểu đồ trạng thái.  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống.  Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển theo tầng khí nén thuần túy cho tồn bộ chương trình sử dụng. Hệ thống cĩ hai chế độ chạy 1 chu kỳ và nhiều chu kỳ  Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén theo phương pháp tầng khơng chính tắc. Hệ thống cĩ: Start, Stop và Reset.  Chạy mơ phỏng chương trình  Lắp rắp mạch  Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống Bài 8. Cho qui trình cơng nghệ như hình vẽ: Đầu tiên xylanh A đưa cơ cấu gắp xuống gần chi tiết trên băng tải, sau đĩ tay gắp C kẹp chặt lại, kế đĩ xylanh A nâng cơ cấu lên. Xylanh B quay chi tiết một gĩc 90 độ, tay gắp C nhả chi tiết ra tiếp theo xylanh B quay về vị trí ban đầu, sau đĩ xylanhD đi ra làm sạch chi tiết cuối cùng xylanh D lùi về Yêu Cầu:  Vẽ Biểu đồ trạng thái.  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống.
91  Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển theo tầng khí nén thuần túy cho tồn bộ chương trình sử dụng. Hệ thống cĩ hai chế độ chạy 1 chu kỳ và nhiều chu kỳ.  Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén theo phương pháp tầng khơng chính tắc. Hệ thống cĩ: Start, Stop và Reset.  Chạy mơ phỏng chương trình  Lắp rắp mạch  Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống Bài 9: Cho qui trình cơng nghệ như hình vẽ. Khi nhấn nút start xylanhA đi ra chặn chi tiết lại, sau đĩ xylanh B đi xuống sau 5s xylanh B lùi lên. Xylanh D làm nhiệm vụ quay chi tiết một gĩc 90 độ kế đến xylanhC mang chi tiết sang vị trí đặt sản phẩm sau 5s xylanh D quay trở lại một gĩc 90 độ sau đĩ đến C trượt về cuối cùng A đi về. Yêu Cầu:  Vẽ Biểu đồ trạng thái.  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống.  Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển theo tầng khí nén thuần túy cho tồn bộ chương trình sử dụng. Hệ thống cĩ hai chế độ chạy 1 chu kỳ và nhiều chu kỳ. Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén theo phương pháp tầng khơng chính tắc. Hệ thống cĩ: Start, Stop và Reset
92 BÀI 4 VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN. Mã bài: MĐ 32 - 04 Giới thiệu: Học phần điều khiển vận hành và kiểm tra mạch điện-khí nén trang bị cho học sinh những kiến thức về thiết bị khí nén và hệ thống điều khiển tự động điện khí nén. Nội dung của học phần này giới thiệu cách vận hành, nguyên lý làm việc và ứng dụng của các bài tập điện khí nén. Thực hành tính tốn, lựa chọn thiết bị, thiết kế mạch khí nén, mạch điều khiển, lắp đặt và vận hành một hệ thống điều khiển tự động khí nén hoặc điện khí nén đơn giản theo một yêu cầu nhất định. Mục tiêu: - Phân tích được các mạch ứng dụng của các phần tử trong hệ thống điều khiển điện khí nén. -Lắp ráp và vận hành thành thạo các hệ thống điều khiển điện – khí nén . -Bảo dưỡng, sửa chữa được hệ thống điều khiển khí nén đạt yêu cầu. -Chủ động, sáng tạo và an tồn trong thực hành. Nội dung của bài: 1. Điều khiển xy lanh bằng van hai cuộn dây. - Mục tiêu: Tự thiết kế và lắp đặt được, mạch khí nén tự duy trì, mạch điều khiển theo thời gian ứng dụng cho thiết bị trong cơng nghiệp. 1.1.Mạch khí nén tự duy trì - Ứng dụng cho thiết bị máy dập cĩ biểu đồ hành trình sử dụng bốn xylanh và van hai cuơn dây. + Đây là thiết bị dập rãnh ở đáy lỗ của một chi tiết. Chi tiết được đặt vào đồ gá bằng tay. Tín hiêu START khởi động làm cho xylanh 1.0(A) chuyển dịch khuân dập vào chi tiết kim loại hình khối hình chữ nhật. sau khi tác động này, các rãnh được dập vào trong các lỗ bởi xylanh 2.0(B), 3.0(C) và 4.0(D) theo thứ tự tuần tự hết cái này đến cái khác. Sau tác động dập cuối cùng xylanh 4.0(D) tất cả bằng xylanh dập rãnh 2.0(B), 3.0(C) và 4.0(D) đồng loạt dịch chuyển thụt lùi trở về vị trí ban đầu của chúng. Xylanh 1.0(A) xẽ dịch chuyển thụt lùi về cuối cùng để đua khuân dập ra khỏi chi tiết. sau khi gia cơng xong chi tiết được lấy ra khỏi đồ gá bắng tay. + Sơ đồ thiết bị.
93 Hình 4.1 Sơ đồ thiết bị dập rãnh ở đáy lỗ của một chi tiết. + Sơ đồ dịch chuyển theo bước. 1.0(A) 1.4 2.2 2.0(B) 1.3 3.2 3.0(C) 1.2 4.2 4.0(D) 1.0 5.2 % 0 5 4 2 4 2 4 2 4 2 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 1 3 Y7 Y8 1 3 1 3 1 3 Hình 4.2 Sơ đồ trạng thái và mạch khí nén của thiết bị dập rãnh ở đáy lỗ của một chi tiết. Từ sơ đồ, bảng trạng thái thiết bị dập rãnh ở đáy lỗ của một chi tiết trên mạch điện điều khiển vận hành phải đảm bảo theo quy trình và dễ kiểm tra lỗi hệ thống khi cĩ sự cố. + Bảng 4.1. Mơ tả các bước thực hiện: Nhịp 1 2 3 4 5 6 B-, Xylanh A+ B+ C+ D+ C-, A- D- Tín hiệu điều khiển Start 1.3, 2.2 3.2 2.4 5.2 & 1.4 1.2, 1.0
94 Tín hiệu điều khiển Y4, van Y1 Y3 Y5 Y7 Y6, Y2 Y8 Tầng điều khiển I II Sơ đồ mạch điện điều khiển khí nén cho của thiết bị dập rãnh ở đáy lỗ của một chi tiết hình 4.3: Hình 4.3 Mạch điện điều khiển khí nén cho của thiết bị dập rãnh ở đáy lỗ của một chi tiết. Máy đĩng dấu Các chữ cái P, A, B và R cần được đĩng dấu lên thân van để chỉ rõ các cổng theo cấu tạo van. Thân van đĩng dấu được lắp đồ gá. Xylanh 1.0(A) xẽ đĩng chữ lên thân van. Xylanh 2.0(B) xẽ đẩy chi tiết ra khỏi đồ gá vào thùng lưới đựng chi tiết. Dĩ nhiên, thiết bị này cĩ thể dùng đĩng dấu lên các chi tiết khác với dấu đĩng thích hợp. + Sơ đồ bố trí thiết bị.
95 Hình 4.4 Sơ đồ bố trí thiết bị đĩng dấu - Biểu đồ trạng thái máy đĩng dấu. Hình 4.5 Biểu đồ trạng thái và mạch khí nén máy đĩng dấu. + Vịng trịn mơ tả các bước thực hiện.
96 Hình 4.6 Vịng trịn mơ tả các bước máy đĩng dấu. + Sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén. Hình 4.7 Sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén. PHẦN THỰC HÀNH + Thiết bị lắp vịng chữ O vào các bulơng . Vịng chữ O được lắp vào các bulơng cĩ ren để sử dụng cho các bộ phận máy khác nhau. Các bulơng cĩ ren được đưa vào đồ gá nhờ máy tạo rung. Từng bulơng được tách ra bằng thanh cĩ rãnh được gắn trên xylanh 2.0(B). Xylanh 1.0(A) xẽ nâng vịng đệm chữ O lên khi tín hiệu khởi động được đặt vào và xylanh 2.0(B) sẽ di chuyển thanh cĩ rãnh lùi trở lại. Bulơng cĩ ren được đặt vịng đệm chữ O. Xylanh 3.0(C) sẽ ép bulơng cĩ ren vào vịng đệm chữ O. Các xylanh 1.0(A), 2.0(B) và 3.0(C) dịch chuyển lùi về vị trí ban đầu
97 của chung. Xylanh 4.0(D) sẽ nâng chi tiết ở đồ gá lên và chi tiết được thổi vào thùng chứa nhờ ơng thổi 5.0(E). Hình 4.8 Hình mơ tả hoạt động của hệ thống Yêu cầu: 1. Vẽ bảng trạng thái hoạt động của hệ thống 2. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 3. Sơ đồ mạch điều khiển 4. Chạy mơ phỏng chương trình 5. Lắp rắp mạch 6. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 7. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống + Máy gấp tơn bằng khí nén. Đầu tiên cơ cấu đưa phơi vào. Khi ta bật cơng tắc và nhấn nút thì pittơng B đi vào làm cơng việc kẹp chặt phơi. Sau đĩ pittong B đi vào uốn cong phơi làn đầu với gĩc 90 độ. Sau đĩ pittong B lùi về và pittong C đi vào thực hiện uốn cong phơi làn hai với hình dáng với cữ chặn, sau đĩ pittong C lùi về. Khi pittong C lùi về thì pittong A cũng lùi về và phơi được lấy ra tiếp tục một hành trình làm việc mới. Hình 4.9 Hình mơ tả hoạt động của hệ thống - Biểu đồ trạng thái quy trình hệ thống
98 Nút khởi động 1 2 3 4 5 6 7 1 A 0 1 B 0 1 C 0 Hình 4.10 Biểu đồ trạng thái quy trình hệ thống Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 2. Sơ đồ mạch điều khiển 3. Chạy mơ phỏng chương trình 4. Lắp rắp mạch 5. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 6. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống + Hệ thống nắn trịn niền xe. Yêu cầu của quy trình cơng nghệ như hình sau. - Nguyên lý hoạt động của mạch trên: Khi nhấn start SOL1 điều khiển xylanh giữa đi về đẩy dàn khuơn trong ra. Khi xylanh giữa đi về chạm phải cơng tác hành trình, tiếp điểm thường hở của cơng tác hành trình đĩng lại cấp điện cho TIMER hoạt động. Khi TIMER cĩ điện, tiếp điểm thường đĩng của TIMER sẽ cấp điện cho SOL2 điều khiển 4 xy lanh ngồi đi vào ép niềng xe. Sau khoảng thời gian đã đặt cho TIMER, các tiếp điểm của TIMER sẽ đổi trạng thái ngắt điện R2 đồng thời đĩng điện cấp cho R3, do tính chất của van đảo chiều khi đĩ SOL2 sẽ bị mất điện và điều khiển 4 xy lanh ngồi đi về. Khi R3 cĩ điện, SOL1 sẽ mất điện và đi về làm tiếp điểm của cơng tác hành trình trở về trạng thái thường hở ban đầu. Lúc này cả phần mạch trên và phần mạch dưới cùng hở ra, muốn mạch hoạt động trở lại thì cần phải tác động lại START.
99 Hình 4.11 Hình mơ tả hoạt động của hệ thống Yêu cầu: 1. Vẽ bảng trạng thái hoạt động của hệ thống 2. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 3. Sơ đồ mạch điều khiển 4. Chạy mơ phỏng chương trình 5. Lắp rắp mạch 6. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 7. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 1.2 Mạch điều khiển theo thời gian + Hệ thống xử lý bề mặt sản phẩm. - Yêu cầu của quy trình cơng nghệ như hình sau. Khi nhấn nút start động cơ băng tải quay mang sản phẩm trên băng tải khi sản phẩm đụng cơng tắc hành trình động cơ quay băng tải ngừng Xylanh B đưa sản phẩm xuống bồn hố chất ngâm trong vịng 10S Xylanh B đưa sản phẩm lên sau đĩ xylanh C đưa sản phẩm sang vị trí bồn rửa nước tiếp đo Xylanh B đem sản phẩm xuống rửa nước trong vịng 3s và đi lên cuối cùng Xylanh D đẩy chi tiết ra băng tải.
100 Hình 4.12 Hình mơ tả hoạt động của hệ thống - Biểu đồ trạng thái quy trình. Hình 4.13 Biểu đồ trạng thái quy trình - Sơ đồ mạch khí nén. Hình 4.14 Sơ đồ mạch khí nén - Sơ đồ mạch điện điều khiển.
101 Hình 4.15 Sơ đồ mạch điện điều khiển + Hệ thống nắn trịn niền xe. - Yêu cầu của quy trình cơng nghệ như hình sau. Nguyên lý hoạt động của mạch trên: Khi nhấn start SOL1 điều khiển xylanh giữa đi về đẩy dàn khuơn trong ra. Khi xylanh giữa đi về chạm phải cơng tác hành trình, tiếp điểm thường hở của cơng tác hành trình đĩng lại cấp điện cho TIMER hoạt động. Khi TIMER cĩ điện, tiếp điểm thường đĩng của TIMER sẽ cấp điện cho SOL2 điều khiển 4 xy lanh ngồi đi vào ép niềng xe. Sau khoảng thời gian đã đặt cho TIMER, các tiếp điểm của TIMER sẽ đổi trạng thái ngắt điện R2 đồng thời đĩng điện cấp cho R3, do tính chất của van đảo chiều khi đĩ SOL2 sẽ bị mất điện và điều khiển 4 xy lanh ngồi đi về. Khi R3 cĩ điện, SOL1 sẽ mất điện và đi về làm tiếp điểm của cơng tác hành trình trở về trạng thái thường hở ban đầu. Lúc này cả phần mạch trên và phần mạch dưới cùng hở ra, muốn mạch hoạt động trở lại thì cần phải tác động lại START. Nhiệm vụ:
102 Thiết kế sơ đồ để giải quyết yêu cầu trên. Đưa ra các bước cần thiết, vẽ sơ đồ và thực hành trên tài liệu, sắp xếp các bước theo đúng trình tự. Sơ đồ cần đầy đủ các bước từ xác định yêu cầu cơng nghệ đến chức năng của các phần tử. Trình tự thực hiện:  Xây dựng từ 3 đến 4 thành viên  Viết tất cả các bước trên vào thẻ  Sắp xếp các thẻ theo đúng trình tự  Chọn một thành viên để báo cáo kết quả. Các bước thiết kế hệ thống theo cấu trúc sơ đồ sau: 2. Điều khiển xy lanh bằng cảm biến tiệm cận . - Mục tiêu: Mục này phải thực hành các mạch sử dụng cảm biến đơn giản, mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle tiếp đĩ mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle để điều khiển trong khí nén. 2.1 Các mạch sử dụng cảm biến đơn giản + Hệ thống ép đơn giản theo mơ tả như hình 4.16 sau. - Yêu cầu: Cảm biến cảm ứng từ được gắn tại điểm cuối hành trình của bàn ép (như hình vẽ). Bên trong khuơn ép đã đặt sẵn các khối nhựa thơ, dùng để ép thành sản phẩm. Khi xylanh thủy lực điều khiển bàn ép đi xuống, làm cho cảm biến tác động, lúc này cảm biến sẽ điều khiển cho xylanh dừng lại và tiếp tục điều khiển bộ phận nung, để bộ phận nung làm cho khối nhựa nĩng chảy và định hình trong khuơn. Hãy thiết kế hệ thống điều khiển. Cho biết cảm biến là loại PNP – 24 VDC, valve của xylanh thủy lực và hệ thống nung là 220VAC
103 Hình 4.16 Hệ thống vận chuyển sản phẩm - Bảng trạng thái hệ thống. Hình 4.17 Biểu diễn biểu đồ trạng thái - Sơ đồ bố trí van điều khiển khí nén và mạch điện điều khiển. Hình 4.18 Sơ đồ bố trí van và mạch điều khiển khí nén.
104 2.3.Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle. - Hệ thống vận chuyển sản phẩm. + Yêu cầu cơng nghệ như hình 4.13 sau: Hình 4.19 Hệ thống vận chuyển sản phẩm + Biểu diễn biểu đồ trạng thái. Hình 4.20 Biểu diễn biểu đồ trạng thái + Sơ đồ bố trí van điều khiển khí nén. Hình 4.21 Sơ đồ bố trí van điều khiển khí nén
105 + Mạch điều khiển cho hệ thống vận chuyển sản phẩm của băng chuyền sử dụng các cảm biến tiệm cận. Hình 4.22 Mạch điều khiển cho hệ thống vận chuyển sản phẩm + Ta cĩ thể dùng phương pháp tầng để thao tác mạch điều khiển hệ thống. Hình 4.23 Mạch điều khiển theo tầng của hệ thống vận chuyển sản phẩm Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén. Các hệ thống điều khiển tụ động đều cĩ nhiều mức độ tự động hĩa, tuy nhiên đều cĩ các chức năng cơ bản sau: - Nguần cung cấp năng lượng - Đầu vào ( các cảm biến tiệm cận) - Xử lý - Đầu ra ( các phần tử truyển động ) Từ đĩ ta thực hiện các bước cịn lại: - Chạy mơ phỏng chương trình - Lắp rắp mạch - Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống
106 - Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 2.4.Mạch điện điều khiển sử dụng rơle thời gia. a. Cho mơ hình khoan dùng rơle thời gian như sau mơ tả cơng nghê: Hình 4.24 Mơ hình hệ thống khoan + Biểu diễn biểu đồ trạng thái: Hình 4.25 Biểu diễn biểu đồ trạng thái + Sơ đồ bố trí van điều khiển khí nén và mạch điện điều khiển.
107 Hình 4.26 Sơ đồ bố trí van và mạch điều khiển khí nén 3. Thiết bị nạp phơi cho máy cắt laser Thiết bị nạp phơi cho máy cắt laser mơ tả trên hình vẽ. Chi tiết cần gia cơng được đặt vào giá kẹp phối hợp bởi các xylanh 2A, 1A và được đưa vào vị trí gia cơng. Thời gian t2 cần cho gia cơng, khi gia cơng xong, 1A rút về - chi tiết được vận chuyển ra khỏi vị trí gia cơng bởi một khâu khác. Khi 1A đã rút về vị trí ban đầu, 2A sẽ được đưa ra vị trí sẵn sàng. Sử dụng các cơng tắc từ trường khơng tiệm cận gắn trên xylanh. Thiết kế hệ thống Điện- Khí nén (tùy chọn cấu trúc điều khiển)
108 Hình 4.27 Biểu diễn biểu đồ trạng thái và hình mơ tả cơng nghệ máy cắt laser Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 2. Sơ đồ mạch điều khiển 3. Chạy mơ phỏng chương trình 4. Lắp rắp mạch 5. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 6. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 4. Thiết bị phân phối phơi vật liệu , sơ đồ cơng nghệ và biểu đồ hành trình bước cho trên hình vẽ: Hình 4.28 Sơ đồ cơng nghệ - Biểu diễn biểu đồ trạng thái
109 Hình 4.29 Biểu diễn biểu đồ trạng thái Hệ điều kiện: + Thời gian t1 được hiệu chỉnh đủ cho hai khối vật liệu lăn qua vùng chặn; thời gian t2 được hiệu chỉnh theo yêu cầu về kích thước và số lượng phơi cần cấp. + Các điều kiện khác được mơ tả trên biểu đồ hành trình bước. + Cĩ thể làm việc tự động nhiều chu trình khi dùng một cơng tắc + Tốc độ ra vào của các piston cần được điều chỉnh như nhau. Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 2. Sơ đồ mạch điều khiển 3. Chạy mơ phỏng chương trình 4. Lắp rắp mạch 5. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 6. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 5. Khoan và doa tự động + Yêu cầu về quy trình cơng nghệ. Trình tự hoạt động như sau: - Chi tiết được gá và gẹp chặt trên êtơ. - Pistong A đi xuống tiến hành khoan. - Sau khi khoan xong Pistong A ở cuối hành trình 3s rồi rút lên thì Pistong B đi ra đẩy êtơ va chạm vào cử hành trình B2. - Pistong C đi ra tiến hành doa và lui về. - Sau khi Pistong C lui về hết hành trình thì Pistong B cũng bắt đầu tiến hành lui về, kết thúc một chu trình làm việc. Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 2. Sơ đồ mạch điều khiển 3. Chạy mơ phỏng chương trình
110 4. Lắp rắp mạch 5. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 6. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống + Biểu diễn biểu đồ trạng thái quy trình. Hình 4.30 Biểu đồ trạng thái quy trình khoan và doa tự động 3. Điều khiển xy lanh bằng cảm biến tiệm cận với rơle. Mục tiêu: Mục này phải thực hành các mạch sử dụng cảm biến đơn giản, mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle tiếp đĩ mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle để điều khiển trong khí nén. 3.1Các mạch điện đơn giản. Khi vật thể bằng kim loại được đưa vào vùng tác dụng của sensor, dịng điện xốy xuất hiện trong vật thể, nĩ làm suy giảm năng lượng của bộ tạo dao động(Oscillator). Điều đĩ dẫn đến sự thay đổi dịng điện tiêu thụ của sensor. Như vậy, hai trạng thái: suy giảm và khơng suy giảm dịng điện tiêu thụ của sensor dẫn đến chuyển trạng thái “cĩ” hay “khơng” bằng mức xung điện áp ra. - Mạch kêt nối giống phần điều khiển xy lanh bằng cảm biến tiệm cận. Hình 4.31 Mạch kết hợp cảm biến điều khiển xylanh đơn giản - Thiết bị ép cỏ khơ cho gia súc, sơ đồ cơng nghệ và biểu đồ trạng thái bước cho trên hình biểu diễn sau.
111 Hệ điều kiện cho trên biểu đồ Hình 4.32 Sơ đồ cơng nghệ và biểu đồ hành trình
112 Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 2. Sơ đồ mạch điều khiển 3. Chạy mơ phỏng chương trình 4. Lắp rắp mạch 5. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 6. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 3.2 Mạch điện điều khiển trực tiếp sử dụng cơng tắc duy trì. Hình 4.33 Sơ đồ cơng nghệ và biểu đồ hành trình - Thiết bị làm sạch chi tiết sau gia cơng. Chi tiết cần làm sạch được vận chuyển theo băng tải W được xylanh 1A đẩy vào giá vận chuyển X, xylanh 2A kẹp, xylanh 3A đẩy vào buồng làm sạch Y, xi lanh 4A đẩy ra băng tải vận chuyển đi hướng Z. Biểu đồ hành trình bước và hình cơng nghệ như như (hình 4.34) - Hãy chọn cấu trúc điều khiển điện-khí nén để thiết kế hệ thống.
113 Hình 4.34 Sơ đồ cơng nghệ và biểu đồ hành trình của thiết bị Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 2. Sơ đồ mạch điều khiển 3. Chạy mơ phỏng chương trình 4. Lắp rắp mạch 5. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 6. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 3.3 Mạch điện điều khiển sử dụng rơle thời gian Hình 4.35 trình bày sơ đồ điều khiển hệ thống. Ví dụ như cĩ yêu cầu như hình 4.35 khi cần piston ra hết hành trình, cần thiết phải lưu lại một thời gian nào đĩ rồi tự động lùi về. Vì trong truyền động khí nén, tốc độ cơ cấu chấp hành thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố và vì vậy khĩ duy trì ổn định nên thường áp dụng điều khiển theo thời gian tại các điểm dừng.
114 4. Điều khiển xy lanh với hàm AND, OR. - Mục tiêu: Mục này phải thực hành và ứng dụng các hàm AND, OR trong mạch đơn giản, mạch điện điều khiển sử dụng hàm AND tiếp đĩ mạch điện điều khiển sử dụng hàm OR để điều khiển trong khí nén. 4.1Mạch điện điều khiển hàm AND - Mạch hàm AND đơn giản hình 4.36. Hình 4.36 Trình bày sơ đồ điều khiển hệ thống. + Máy đột lỗ. - Yêu cầu của quy trình cơng nghệ như (hình 4.37): Máy dập sẽ dập chi tiết, trình tự dập được thực hiện như sau: PISTON A đi về thực hiện kẹp chặt chi tiết. Khi đủ lực kẹp thì PISTON B đi về kéo chi tiết đến vị trí mới để tiến hành dập. PISTON A đi ra để tháo chi tiết. PISTON B đi ra để chuẩn bị vị trí mới. Hình 4.37 Quy trình cơng nghệ Yêu cầu: 1. Vẽ bảng trạng thái hoạt động của hệ thống 2. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 3. Sơ đồ mạch điện hàm AND điều khiển 4. Chạy mơ phỏng chương trình
115 5. Lắp rắp mạch 6. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 7. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 4.2Mạch điện điều khiển hàm OR. - Mạch hàm OR đơn giản. Hình 4.38 Trình bày sơ đồ điều khiển hệ thống. - Máy dập + Yêu cầu của quy trình cơng nghệ như (hình 4.39) Máy dập sẽ dập chi tiết. Trình tự dập được thực hiện như sau: PISTON A đi ra đẩy chi tiết từ phễu cấp phơi vào vị trí gá đặt chi tiết và thực hiện kẹp chặt. PISTON B đi ra tiến hành dập chi tiết. Khi lực dập đã đủ thì PISTON B quay về. Sau đĩ PISTON A quay về để tháo chi tiết. Sau khi chi tiết được tháo ra thì PISTON C đi ra đẩy chi tiết vào máng chứa và quay trở về. Yêu cầu cơng nghệ như hình sau: Hình 4.39 Yêu cầu của quy trình cơng nghệ
116 Yêu cầu: 1. Vẽ bảng trạng thái hoạt động của hệ thống 2. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 3. Sơ đồ mạch điện hàm OR điều khiển 4. Chạy mơ phỏng chương trình 5. Lắp rắp mạch 6. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 7. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 5. Điều khiển xy lanh với van một cuộn dây - Điều khiển tự duy trì. - Mục tiêu: Điều khiển xy lanh với van một cuộn dây điều khiển tự duy trì biết lắp các mạch điện khí nén đơn giản và mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle 5.1 Các mạch điện đơn giản - Khi ấn nút S1, dịng điện chảy trực tiếp qua cuộn dây điện từ 1Y1 của van, tác dụng điện - từ làm chuyển mạch van khí nén 1V1, nguồn khí nén chảy từ 1 qua 2 cung cấp cho Xylanh 1A. Khi thơi ấn nút S1, dịng điện qua 1Y1 khơng tồn tại, van 1V1 trỏ về trạng thái ban đầu vốn cĩ như hình 4.40. Hình 4.40 Điều khiển trực tiếp - Hệ thống phân phối cung cấp các khối phơi nhơm cho một trạm gia cơng khác. Nguyên lý hoạt động như sau: Tác động nút nhấn, cần Piston của xylanh (1A) được dịch chuyển. Nhả nút nhấn cần Piston sẽ trở về vị trí ban đầu như hình 4.41.
117 Hình 4.41 Yêu cầu của quy trình cơng nghệ và bảng trạng thái Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 2. Sơ đồ mạch điện điều khiển 3. Chạy mơ phỏng chương trình 4. Lắp rắp mạch 5. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 6. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 5.2Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle Hình 4.42 Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle - Thiết bị uốn thực hiện bởi xylanh tác dụng kép được sử dụng để tạo ra các sản phẩm từ các tấm kim loại chưa định hình. Khi cĩ tín hiệu tác động vào cuộn dây điện từ thì Piston xylanh hoạt động. Sau khi phơi tấm kim loại được tạo hình thì Piston sẽ trở về vị trí khởi động ban đầu. Tùy theo loại vật liệu tấm, độ dày của tấm mà ta cĩ thể điều chỉnh được tốc độ dịch chuyển của Piston như hình 4.43
118 Hình 4.43 Yêu cầu của quy trình cơng nghệ Yêu cầu: 1. Vẽ bảng trạng thái hoạt động của hệ thống 2. Vẽ sơ đồ mạch khí nén 3. Sơ đồ mạch điện hàm OR điều khiển 4. Chạy mơ phỏng chương trình 5. Lắp rắp mạch 6. Kiểm tra lại hệ thống và điều khiển hệ thống 7. Mơ tả quá trình vận hành hệ thống 6. Điều khiển hai xy lanh làm việc một chu trình - Mục tiêu: Điều khiển xy lanh với van một cuộn dây điều khiển tự duy trì biết lắp các mạch điện khí nén đơn giản và mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle 6.1 Các mạch điện đơn giản 6 Máy phay rãnh Yêu cầu của quy trình cơng nghệ: Đầu tiên ta đưa phơi vào. Khi ta bật cơng tắc điện thì PISTON B đi vào tiến hành kẹp chặt phơi với áp suất 5 BAR. Khi kẹp đủ áp suất thì PISTON A dịch chuyển bàn máy để gia cơng rãnh. Sau đĩ PISTON A đưa bàn máy lùi về và PISTON B cũng lùi về để tháo chi tiết ra.