Giáo trình Hệ thống cơ điện tử

pdf

85 trang hapham 2300

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hệ thống cơ điện tử", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_he_thong_co_dien_tu.pdf

Nội dung text: Giáo trình Hệ thống cơ điện tử

Giáo trình: Hệ Thống Cơ Điện Tử
Giáo Trình H Th ng C in T PH N I TNG QUAN H TH NG C IN T CH Ư NG 1 C IN T VÀ H TH NG C IN T I. C IN T VÀ H TH NG C IN T 1.1. Mechantronic là gì? C in t là m t h th ng c c u máy có thi t b iu khi n ã ưc lp trình và có kh nng ho t ng mt cách linh ho t. ng d ng trong sinh ho t, trong công nghi p, trong lnh v c nghiên c u nh ư; máy l nh, t lnh, máy gi t, máy ch p hình, modul s n xu t linh ho t, t ng hóa quá trình s n xu t ho c các thi t b h tr nghiên c u nh ư các thi t b o các h th ng ki m tra Mt s nhà khoa h c nhà nghiên c u ã nh ngh a c in t nh ư sau: Khái ni m c a c in t ưc m ra t nh ngh a ban u c a công ty Yasakawa Electric : “thu t ng Mechantronics (C in t ) ưc t o b i (Mecha) trong Mechanism (trong C Cu) và tronics trong electronics ( in T ). Nói cách khác, các công ngh và s n ph m ngày càng ưc phát tri n s ngày càng ưc k t h p ch t ch và h u c thành ph n in t vào trong các c c u và r t khó có th ch ra ranh gi i gi a chúng. Mt nh ngh a khác v c in t th ưng hay nói t i do Harashima, Tomizukava và Fuduka ư a ra n m 1996: “ C in t là s tích h p ch t ch ca k thu t c khí v i in t và iu khi n máy tính thông minh trong thi t k ch to các sn ph m và qui trình công nghi p.” Cùng n m ó Auslander và Kempf cng ư a ra m t nh ngh a khác nh ư sau: “ C in t là s áp d ng t ng h p các quy t nh t o nên ho t ng c a các h vt lý.” Nm 1997, Shetty li quan ni m: “ C in t là m t ph ư ng pháp lu n ưc dùng thi t k Ti Ưu Hóa các s n ph m c in.” 1
Giáo Trình H Th ng C in T Và g n ây, Bolton xu t nh ngh a: “ M t h c in t không ch là s kt hp ch t ch các h c khí in và nó c ng không ch n thu n là m t h iu khi n, nó là s tích h p y ca t t c các h trên.” Tt c nh ng nh ngh a và phát bi u trên v C in t u xác áng và giàu thông tin, tuy nhiên b n thân chúng, n u ng riêng l li không nh ngh a ưc y thu t ng C in t .” Hình 1.1: C in t kt h p gi a robot và tin h c (giaoducvn.net/ /001hand_mechatronics.jpg) Hình 1.2: Robot t ng làm vi c trong phòng thí nghi m (iel.ucdavis.edu/ /chrobot/figures/workcell.png) H th ng c in t là m t l nh v c a ngành c a khoa h c k thu t hình thành t các ngành kinh in nh ư: C khí , k Thu t in – in t và khoa h c tính toán tin hc. Trong ó t ng h p h th ng các môn h c nh ư Truy n ng in, Truy n ng C , Th y-Khí , o L ưng C m Bi n, K Thu t Vi X Lý , Lp 2
Giáo Trình H Th ng C in T Trình PLC , k t h p v i c khí ch to máy, Khoa H c Tính Toán Tin H c, và K Thu t in-in T , Mng Truy n Thông Công Nghi p Hình 1.3: C in T Kh o sát th c ti n m i quan h gi a d y và h c, h c và ng d ng ngành c in t trong công nghi p nh ư sau: Qua Kh o Sát Th c Ti n -> Nhu C u -> Nhân L c Làm Gì (Ho t ng Ngh ) i Tưng Làm Vi c Công Vi c Cn Bi t Gì Và ào T o Gì? Hình 1.4: nh h ưng ào t o ngành C in T 3
Giáo Trình H Th ng C in T 1.2 H th ng C in t là gì? Cng gi ng nh ư c in t , có khá nhi u khái ni m khác nhau v h th ng c in t . Chúng ta hãy kh o sát m t s quan im sau c a Bradley, Okyay Kaynak, Bolton, Shetty. S thành công c a các ngành công nghi p trong s n xu t và bán hàng trên th tr ưng th gi i ph thu c r t nhi u vào kh nng k t h p c a in-in T và công ngh tin h c vào trong các s n ph m c khí và các ph ư ng th c s n xu t c khí. c tính làm vi c c a nhi u s n ph m hi n t i-xe ô tô, máy gi t, robot, máy công c cng nh ư vi c s n xu t chúng ph thu c r t nhi u kh nng c a ngành công nghi p v ng d ng nh ng k thu t m i vào trong vi c s n xu t sn ph m và các qui trình s n xu t. K t qu ã t o ra m t h th ng r hn, n gi n h n, áng tin c y h n và linh ho t h n so v i các h th ng tr ưc ây. Ranh g i gi a in và in t , máy tính vá c khí ã d n d n b thay th bi s kt h p gi a chúng. S kt h p này ang ti n t i m t h th ng m i ó là : H th ng c in t . Trên th c t h th ng c in t không có m t nh ngh a rõ ràng. Nó ưc tách bi t hoàn toàn các ph n riêng bi t nh ưng ưc k t h p trong quá trình th c hi n. S kt h p này ưc trình bày hình 5, bao g m các ph n riêng bi t in-in t, c khí và máy tính liên k t chúng l i trong các l nh v c giáo d c và ào t o, công vi c th c t , các ngành công nghi p s n xu t th tr ưng. C khí in – in t Máy tính GD & T CV th c t CN s n xu t Th tr ưng Hình 1.5: S liên k t c a các thành ph n trong H Th ng C in T theo Bradley 4
Giáo Trình H Th ng C in T • Quan im c a Okyay Kaynak: Theo quan im c a Okyay Kaynak, giáo s ư th nhi k nh ngh a v H Th ng C in T nh ư sau: Mechantronics system Cognition Controlling Perception Executtion system Sensor actuators Controller Process monitoring system Visu aliration Mechanical process Hình 1.6: Cu trúc h th ng c in t theo Okyay Kaynak • Quan im c a Bolton : Theo Bolton thì c in t là m t thu t ng ca h th ng. M t h th ng có th ưc xem nh ư m t cái hp en má chúng có m t u vào và m t u ra. Nó là m t cái hp en vì chúng g m nh ng ph n t ch a ng bên trong h p, th c hi n ch c nng liên h gi a u vào và u ra. Ví d nh ư: cái môt in có u vào là ngu n in và u ra là s quay c a m t tr c ng c . Ngõ vào Ngõ ra Động c ơ Ngu n in ng c quay Hình 1.7: C u trúc H Th ng C in T theo Bolton 1.3 Cu trúc h th ng c in t . Các ph n t c b n c u thành nên h th ng c in t : 5
Giáo Trình H Th ng C in T • H th ng thông tin • H th ng in • H th ng c khí • H th ng máy tính • Cm bi n • C c u tác ng • Giao ti p th i gian th c Mô hình hóa H c in Giao ti p th i gian Mô ph ng C in = i u khi n + T C c u tác D/A H T ng H H ng Th ng Th ng Th ng Máy C in tính Cm bi n A/D Ti ưu hóa H th ng thông tin Hình 1.8: Các thành ph n c b n c a H Th ng C in T Gi i pháp modun, thi t k sn ph m c in t : Gi i pháp c in t trong thi t k k thu t liên quan n vi c cung c p m t c u trúc trong ó có s tích h p thành m t h th ng th ng nh t c a các công ngh khác nhau ưc thi t lp và ánh giá. S kh i v h th ng toàn b ( m t s n ph m c in t ) nh ư v y trên c s các kh i xây d ng ho c các modun thành ph n ưc th hi n trong hình 1.9. 6
Giáo Trình H Th ng C in T Modun Giao Di n Modun Ph n M m Interface module Software module Modun X Lý Processor module Modun Truy n Thông Comunication module Module Kích Truy n ng Modun o Ki m Actuation module Mesurement module Module T p Hp Assembly module Modun Môi Tr ưng Environment module Hình 1.9: S n ph m C in T theo module II. H TH NG C IN T ƯC S D NG HI N NAY 2.1 Phân lo i theo l nh v c s d ng. Sau ây là m t s ví d phân lo i s n ph m c in t theo l nh v c s dng: 2.2 Trong y h c: Các lo i thi t b ct l p, các thi t b thí nghi m v AND, nhân b n phôi, các máy chiu các lo i tia ch p: X, lase, coban, các thi t b m ni soi, 7
Giáo Trình H Th ng C in T 2.3 Trong công nghi p: Các lo i máy công nghi p t ng ưc iu khi n theo ch ư ng trình , FMS (h th ng s n xu t linh ho t), CAD-CAM , ng ưi máy, các h th ng t ng, kho tàng t ng, công c vn chuy n thông minh 2.4 Trong v n phòng: ây là h th ng m ng công tác, có s dng máy tính (nh ư h thông tin qu n lí), các thi t b vn phòng (máy tính, máy fax, máy in laser) 2.5 Trong sinh ho t gia ình: H th ng thông tin v nhà c a, s n ph m tiêu dùng (audio, thi t b nghe nhìn,máy gi t ) h th ng b o v nhà c a, các lo i robot ph c v , ô tô, gara, ô tô t ng 2.6 Phân lo i theo k thu t h th ng: Sn ph m n là nh ng s n ph m linh ho t, th c hi n ch c n ng ng mt mình nh ư máy CNC, thi t b vn chuy n thông minh, v t gia d ng thông minh 2.7 H th ng t h p: Các s n ph m c in t trong quá trình có quan h c th nào ó nh ư: • Dây chuy n l p ráp ng h , l p v hp ng c , óng bao gói • Dây chuy n s n xu t ti vi, máy nén khí 2.8 H th ng tích h p: các s n ph m c in t thành ph n có quan h mt thi t nh ư: • T ng hóa s n xu t: h th ng gia công linh ho t ( FMS ), h th ng s n xu t tích h p vi tính ( CIM ) • T ng hóa công nghi p dân d ng: thi t b sn xu t và l p ráp ô tô, tàu thông minh, tòa nhà thông minh 8
Giáo Trình H Th ng C in T Nh ư th hi n trên, n i dung c a C in T là rt r ng . nh ng v n ca c in t trên quan im c khí ưc cho r ng là s m rng và b sung các sensor cho h th ng c , các thành ph n kích ho t ( C C u Ch p Hành ) tiên ti n h n so v i h c khí truy n th ng và ưc iu khi n b ng máy tính. Kh nng truy n thông gi a các h th ng thành ph n ã làm t ng c ưng áng k tính n ng c a s n ph m c in t. thi t k và ch to các s n ph m th h mi, ng ưi thi t k cn n m rõ ưc các thành ph n c b n c a m t s n ph m c in t . III NH NG NG D NG C A S N PH M C IN T 3.1 Sn ph m c a c in t . Nh ng s n ph m trong công nghi p nh ư robot thông minh, robot v ưt ch ưng ng i v t, robot lau h bi, robot lau kính Hình 1.10: Các s n ph m c a h th ng c in t 9
Giáo Trình H Th ng C in T Trong y h c, gi i trí và nghiên c u khoa h c c ng có r t nhi u ng d ng c a h th ng c in t . Ví d nh ư: robot công nghi p, h th ng ph c v y h c, các robot làm vi c ti nh ng n i nguy hi m. Hình 1.11: Nh ng ng d ng c a h th ng c in t IV. CÂU H I ÔN T P Câu h i : 1. Theo Anh/Ch nh ư th nào là h th ng c in t ? 2. Hãy trình bày ng d ng c a h th ng c in t ? 10
Giáo Trình H Th ng C in T CH NG 2 TNG QUAN V PLC I GI I THI U CHUNG V PLC (Programmable_Logic_Control) 1.1. B iu khi n logic kh trình. Hình thành t nhóm các k sư hãng General Motors n m 1968 v i ý t ưng ban u là thi t k mt b iu khi n th a mãn các yêu c u sau: • Lp trình d dàng, ngôn ng lp trình d hi u. • D dàng s a ch a thay th . • n nh trong môi tr ưng công nghi p. • Giá c cnh tranh. Thi t b iu khi n logic kh trình (PLC: Programmable Logic Control) (hình 1.1) là lo i thi t b cho phép th c hi n linh ho t các thu t toán iu khi n s thông qua m t Ngôn ng lp trình, thay cho vi c th hi n thut toán ó b ng m ch s . Tư ng ư ng m t m ch s : Hình 2.1: Thu t toán iu khi n s thông qua ngôn ng lp trình PLC Nh ư v y, v i ch ư ng trình iu khi n trong hình 2.1, PLC tr thành b iu khi n s nh gn, d thay i thu t toán và c bi t d trao i thông tin v i môi tr ưng xung quanh (v i các PLC khác ho c v i máy tính). Toàn b ch ư ng trình iu khi n ưc l ưu nh trong b nh PLC d ưi d ng các kh i ch ư ng trình (kh i OB, FC ho c FB) và th c hi n l p theo chu k ca vòng quét. 1
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 2.2: H th ng iu khi n b ng PLC có th th c hi n ưc m t ch ư ng trình iu khi n, t t nhiên PLC ph i có tính n ng nh ư m t máy tính, ngh a là ph i có m t b vi x lý (CPU), m t h iu hành, b nh lưu ch ư ng trình iu khi n, d li u và các c ng vào/ra giao ti p vi i t ưng iu khi n và trao i thông tin v i môi tr ưng xung quanh. Bên c nh ó, nh m ph c v bài toán iu khi n s , PLC còn c n ph i có thêm các kh i ch c nng c bi t khác nh ư b m (Counter), b nh thì (Timer) và nh ng kh i hàm chuyên d ng. Hình 2.3: H th ng c in t có s dng ph n iu khi n PLC 2
Giáo Trình H Th ng C in T 1.2 Các l nh v c s d ng PLC hi n nay. PLC ưc s dng khá r ng rãi trong các ngành: Công nghi p, Máy nông nghi p, Thi t b y t , Ôtô (xe h i, c n c u ) 1.3 Các ưu im khi s dng h th ng iu khi n v i PLC. - Không c n u dây cho s iu khi n logic nh ư ki u dùng r le. - Có mm d o s dng r t cao, khi ch cn thay i ch ư ng trình (ph n mm) iu khi n. - Chi m v trí không gian nh trong h th ng. - Nhi u ch c n ng iu khi n. - Tc cao. - Công su t tiêu th nh . - Không c n quan tâm nhi u v vn lp t. - Có kh nng m rng s lưng u vào/ra khi n i thêm các kh i vào/ra ch c nng. To kh nng m ra các l nh v c áp d ng m i. - Giá thành không cao Chính nh nh ng ưu th ó, PLC hi n nay ưc s dng r ng rãi trong các h th ng iu khi n t ng, cho phép nâng cao n ng su t s n xu t, ch t l ưng và s ng nh t s n ph m, t ng hi u su t , gi m n ng l ưng tiêu t n, t ng m c an toàn, ti n nghi và tho i mái trong lao ng. ng th i cho phép nâng cao tính th tr ưng c a s n ph m. 1.4 Gi i thi u các ngôn ng l p trình. Các lo i PLC nói chung th ưng có nhi u ngôn ng lp trình nh m ph c v các i t ưng s dng khác nhau. PLC S7-300 có 5 ngôn ng lp trình c b n. ó là: Ngôn ng “hình thang”, ký hi u là LAD (Ladder logic) Hình 2.5: L p trình d ng LADDER LOGIC 3
Giáo Trình H Th ng C in T ây là ngôn ng ho thích h p v i nh ng ng ưi quen thi t k mch logic. Ngôn ng “li t kê l nh”, ký hi u là STL (Statement list). Hình 2.6: Ngôn ng lp trình b ng STL ây là d ng ngôn ng lp trình thông th ưng c a máy tính. M t ch ư ng trình ưc ghép g i nhi u câu l nh theo m t thu t toán nh t nh, m i l nh chi m m t hàng và u có c u trúc chung là “tên l nh” + “toán h ng”. Ngôn ng “hình kh i”, ký hiu là FBD (Function Block Diagram). Hình 2.7: Ngôn ng lp trình b ng FBD ây c ng là ngôn ng ho thích h p v i nh ng ng ưi quen thi t k mch iu khi n s . • Ngôn ng GRAPH. ây là ngôn ng lp trình c p cao d ng ho . C u trúc ch ư ng trình rõ ràng, ch ư ng trình ng n g n. Thích h p cho ng ưi trong ngành c khí v n quen v i gi n Grafcet ca khí nén. Hình 2.8: Ngôn ng GRAPH. 4
Giáo Trình H Th ng C in T Ngôn ng High GRAPH. Hình 2.9: Hình 2.8: Ngôn ng High GRAPH. II. MT S L NH TRONG L P TRÌNH PLC 2.1 Tp l nh. 2.1.1 Các l ệnh vào ra. OUTPUT: Sao chép ni dung c a bit u tiên trong ng n x p vào bit ưc ch nh trong l nh. N i dung c a ng n x p không thay i. 2.2 Các l nh ghi/xóa giá tr cho ti p im. • SET ( S ) 5
Giáo Trình H Th ng C in T • RESET ( R ) Ví d mô t các l nh vào ra và S, R : Hình 2.10: Mô t lnh Set và Reset Gi n tín hi u thu ưc các l i ra theo ch ư ng trình trên nh ư sau : Hình 2.11: Gi n tín hi u 2.3. Các l nh LOGIC i s BOOLEAN. Các l nh làm vi c v i ti p im theo i s Boolean cho phép t o s iu khi n logic không có nh . Trong LAD l nh này ưc bi u di n thông qua c u trúc m ch m c n i ti p ho c song song các ti p im th ưng óng hay th ưng m . Trong STL có th s d ng các l nh A (And) và O (Or) cho các hàm h ho c các lnh AND (And Not) và ON (Or Not) cho các hàm kín. Giá tr c a ng n x p thay i ph thu c vào t ng l nh. Các hàm logic boolean làm vi c tr c ti p v i ti p im bao g m : O (Or) , A (And), AN (And Not), ON (Or Not) Ví d v vi c th c hi n l nh A ( And ), O ( Or ) và OLD theo LAD: 6
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 2.12: Ch ư ng trình d ng LAD 2.4 Bài t p ng d ng. Bài 1: Mt h th ng phân lo i xe ch hàng n gi n trong nhà máy nh ư sau: I0.0: Công t t hành trình Q0.0: M c ng 1, Q0.1: óng c ng 1, Q0.2: M c ng 2, Q0.3: óng c ng 2, Q0.4: M c ng 3, Q0.5: óng c ng 3 Các xe s cùng i trên m t ray chính sau ó tu lo i xe s cho phép r vào các ưng khác nhau. Sau m i xe có m t thanh d c có khoét l (t ư ng ng v i s ). Khi tia laser (m c th p) chi u qua l thì ngõ t ư ng ng s lên 1. Theo hình v ta s có các ngõ: I0.1, I0.3, I0.4, I0.6, I1.1 s lên 1 ( ưc kích) t c xe có s 13469. Khi xe ch y n ch m vào công t t hành trình (I0.0) thì PLC s b t u c mã. Tu lo i mã nh n ưc s m c ng t ư ng ng trong 5s r i óng c ng l i. Mã 12579: c ng 1, mã 23679: c ng 2, mã13689: c ng 3. Vi t ch ư ng trình iu khi n h th ng. (Dùng PLC S7-300) 7
Giáo Trình H Th ng C in T Bài 2: Mt h th ng c mã th n gi n có c u t o nh ư sau: Trên th có kh c l (t ư ng ng v i s ). Khi ánh sáng h ng ngo i chi u qua l thì ngõ t ư ng ng s lên 1. Theo hình v ta s có các ngõ: I0.1, I0.3, I0.4, I0.6, I1.1 s lên 1 ( ưc kích) t c th có s 13469. Khi chèn th vào, nh n nút OK, n u úng mã thì m c a (Q1.0) 5s r i óng l i, n u sai s b t èn báo l i (Q1.1). Vi t ch ư ng trình h th ng ch nh n d ng 3 lo i th sau: 12579, 23679, 13689. (Dùng PLC S7-300) Bài 3: Mt h th ng phân lo i s n ph m có c u t o nh ư sau: H th ng s phân ra 3 lo i chay theo 3 chi u cao khác nhau do 3 c m bi n quang xác nh. • Lo i 1 (Cao nh t, c 3 c m bi n iu lên m c 1): S i theo ưng 1. 8
Giáo Trình H Th ng C in T • Lo i 2 (Cao th 2, c m bi n 1 và 2 s lên m c 1, c m bi n 3 m c 0): S i theo ưng 2. • Lo i 3 (Th p nh t, ch có c m bi n 1 lên m c 1, c m bi n 2 và 3 m c 0): S i theo ưng 3. Vi c ch n ưng i do v trí c a c a g t quy t nh. • Ngõ vào Start: I0.0, Stop: I0.1, CB 1: I0.2 , CB 2: I0.3, CB 3: I0.4. • Ngõ ra Ca m sang 1: Q0.0, C a m sang 3: Q0.1. Chú ý: C m bi n quang khi b ch n ngang thì s lên m c 1. Khoá l n khi iu khi n ca g t. C a v trí 2 khi Q0.0 và Q0.1 m c 0 . 2.5 TIMER. Timer là b t o th i gian tr gi a tín hi u vào và tín hi u ra nên trong iu khi n th ưng ưc g i là khâu tr . Các công vi c iu khi n c n nhi u ch c n ng Timer khác nhau. M t Word (16bit) trong vùng d li u ưc gán cho m t trong các Timer. Mt Timer có các ngõ vào và ngõ ra t ư ng ng nh ư sau: Ngõ vào Start (b t u): Timer ưc b t u v i s thay i tín hi u t m c “0” lên m c “1” ngõ vào Start c a nó. Th i gian (thí d L S5T#1S) và ho t ng c a Timer (thíd SP T1) ph i ưc l p trình ngay sau ho t ng quét iu ki n b t u (thí d A I0.0). Ngõ vào Reset (xóa): tín hi u m c “1” ngõ vào Reset làm d ng Timer. Lúc này th i gian hi n hành ưc t v 0 và ngõ ra Q c a timer ưc xoá v “0”. Các ngõ ra s : giá tr th i gian th c s có th c ưc t hai ngõ ra s BI (s nh phân) và BCD (s th p phân). Ví d xu t ra hi n th d ng s ngõ ra. Ngõ ra nh phân: tr ng thái tín hi u ngõ ra nh phân Q c a Timer ph thu c vào ch c nng Timer ưc l p trình. Thí d khi b t u, ngõ ra Q m c “1” khi có tín hi u Start và Timer ang ch y. Thí d : Ch ư ng trình và gi n nh thì c a b nh thì xung ( pulse Timer ): 9
Giáo Trình H Th ng C in T Gi n nh th Hình 2.13: Gi n nh thì th i gian (pulse timer) S7-300 có t 128 Timer ưc chia làm nhi u lo i khác nhau: nh th i xung (Pulse Timer), nh th i xung m r ng (extended-pulse Timer), nh th i ON tr (ON delay Timer), nh th i gian ON tr có ch t (latching ON delay Timer) và nh th i OFF tr (OFF delay Timer). 2.5.1 Pulse Timer (SP). Ngõ ra ca “pulse Timer” là “1” sau khi Timer ưc b t u (1). Ngõ ra b Reset n u quá th i gian l p trình (2), n u tín hi u Start b reset v “0” (3) hay n u có mt tín hi u “1” ư a vào ngõ Reset c a Timer (4). Ph i duy trì ngõ S 10
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 2.14: Ch ư ng trình và gi n cho pulse timer 2.5.2 Extended pulse Timer (SE). Ngõ ra c a Extended Pulse Timer là “1” sau khi Timer ưc b t u (1). Ngõ ra b reset n u quá th i gian ưc l p trình (2), ho c ngõ vào Reset b tác ng. Vi c reset ngõ vào Start trong quá trình Timer ang ch y (4) không làm cho ngõ ra b reset. Nu s thay i tín hi u “1” ưc l p l i trong quá trình Timer ang ch y thì Timer ưc b t u l i, ngh a là ưc kích tr l i (5). Không c n duy trì ngõ S 11
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 2.15: Ch ư ng trình và gi n cho extended pulse timer 2.5.3 On delay Timer (SD). Ngõ ra On Delay Timer là “1” n u quá th i gian ưc l p trình, và ngõ vào Start v n còn m c “1” (1). K t qu là vi c t ngõ vào Start lên “1” làm cho ngõ ra Q s ưc t lên “1” v i th i gian trì hoãn tư ng ng ã ưc l p trình. Ngõ ra b reset n u ngõ vào. Start b reset(2) ho c n u có tín hi u m c “1” ngõ vào Reset c a Timer(3). Vi c reset ngõ vào Start ho c ư a “1” vào ngõ vào Reset c a Timer trong khi Timer ang ch y (4) không làm cho ngõ ra t lên m c “1”. Ph i duy trì ngõ S Hình 2.16: Ch ư ng trình và gi n cho ON delay timer 12
Giáo Trình H Th ng C in T 2.5.4 Latching ON delay Timer (SS): (On delay không c ần duy trì). Ngõ ra c a SS là “1” n u v ưt quá th i gian ưc l p trình (1). Ngõ ra Q c a Timer v n gi m c “1” (ưc ch t) ngay c ngõ vào b reset trong khi Timer ang ch y (2). Ngõ ra ch b reset khi ngõ vào Reset c a Timer b tác ng (3). Vi c set và reset ti p theo c a ngõ vào Start trong khi Timer ang ch y ch ưc th c hi n khi nó bt u ưc kích l i (4). Hình 2.17: Ch ư ng trình và gi n Latching on delay timer 2.5.5 OFF delay Timer (SF). Ngõ ra Q c a SF ưc t lên m c “1” n u có s thay i tín hi u t “0” lên “1” ngõ vào Start. N u ngõ vào Start b reset, ngõ ra v n gi cho n khi quá th i gian l p trình (2). 13
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 2.18: Ch ư ng trình và gi n cho off delay timer Bài t p ng d ng: èn 1: Q0.1 èn 2: Q0.2 èn 3: Q0.3 Start: I0.0, Stop: I0.1 Vi t ch ư ng trình iu khi n 3 èn theo trình t : • Start èn 1 sáng 1s èn 2 sáng 1s èn 3 sáng 1s èn 1 và 3 sáng 2s èn 2 sáng 2s Lp l i. • Stop Dng ch ư ng trình. 2.6 COUNTER. Trong công nghi p, b m r t c n cho các quá trình m khác nhau nh ư: m s chai, m xe h i, m s chi ti t, Mt word 16bit (counter word) ưc l ưu tr trong vùng b nh d li u h th ng c a PLC dùng cho m i counter. S m ưc ch a trong vùng nh d li u h th ng d ưi d ng nh phân và có giá tr trong kho ng 0 n 999. Các phát bi u dùng l p trình cho b m có các ch c n ng nh ư sau: m lên (CU = Counting Up): T ng counter lên 1. Ch c n ng này ch ưc th c hi n n u có m t tín hi u d ư ng ( t “0” chuy n xang “1” ) x y ra ngõ vào CU. Mt khi s m t n gi i h n trên là 999 thì nó không ưc t ng n a. m xu ng (CD = Counting Down): Gi m counter i 1. Ch c n ng này ch ưc th c hi n n u có s thay i tín hi u d ư ng ( t “0” xang “1” ) ngõ vào CD. Mt khi s m t n gi i h n d ưi 0 thì thì nó không còn gi m ưc n a. t counter ( S = Setting the counter): Counter ưc t v i giá tr ưc l p trình ngõ vào PV khi có c nh lên ( có s thay i t m ưc “0” lên m c “1” ) ngõ 14
Giáo Trình H Th ng C in T vào S này. Ch có s thay i m i t “0” xang “1” ngõ vào S này m i t giá tr cho counter m t l n n a. t s m cho Counter ( PV = Presetting Value ): S m PV là m t word 16 bit d ng BCD. Các toán h ng sau có th ưc s d ng PV là: Word IW, QW, MW, Hng s : C#0, ,999 Xóa Counter ( R = Resetting the counter ): Counter ưc t v 0 (b reset) nu ngõ vào R có s thay i tín hi u t m c “0” lên m c “1” . N u tín hi u ngõ vào R là “0” thì không có gì nh h ưng n b m. Quét s c a s m: (CV, CV_BCD ): s m hi n hành có th ưc n p vào thanh ghi tích l y ACCU nh ư m t s nh phân (CV = Counter Value) hay s th p phân ( CV_BCD ). T ó có th chuy n các s m n các vùng toán h ng khác. Quét nh phân tr ng thái tín hi u c a Counter (Q): ngõ ra Q c a counter có th ưc quét l y tín hi u c a nó. N u Q = “0” thì counter zero, n u Q = “1” thì s m counter l n h n zero. Bi u ch c n ng: Hình 2.19: Gi n ch c n ng cho counter 15
Giáo Trình H Th ng C in T 2.6.1 Up Counter. Hình 2.20: Ch ư ng trình và s kh i cho up counter I0.2: t giá tr b t u và cho phép Counter m. I0.0: Counter m lên I0.3: Reset Counter Q4.0 = 1 khi giá tr c a Counter khác 0. MW10: ch a giá tr b t u m cho Timer. 3.6.2 Down Counter. Hình 2.21 I0.2: t giá tr b t u và cho phép Counter m. I0.0: Counter m xu ng I0.3: Reset Counter Q4.0 = 1 khi giá tr c a Counter khác 0. 16
Giáo Trình H Th ng C in T MW10: ch a giá tr b t u m cho Timer. 2.6.3 Up-Down Counter. Hình 2.22: Ch ư ng trình và s kh i cho Up-Down Counter I0.2: t giá tr b t u và cho phép Counter m. I0.0: Counter m lên I0.1: Counter m xu ng I0.3: Reset Counter Q4.0 = 1 khi giá tr c a Counter khác 0. MW10: ch a giá tr b t u m cho Timer. Bài t p ng d ng: Mt b y gia súc 300 con, ưc phân ra 3 chu ng khác nhau, m i chu ng 100 con. Gia súc s i theo m t ưng chung sao ó s phân ra m i chu ng 100 con. Nh n Start M c ng 1 cho gia súc vào (100 con) óng c ng 1, m c ng 2 (100 con) óng c ng 2, m c ng 3 (100 con) óng c ng 3. 17
Giáo Trình H Th ng C in T Hãy giúp nông tr i: • Thi t k ph n c ng cho h th ng iu khi n • Vit ch ư ng trình iu khi n (dùng PLC S7-300) III CÂU H I ÔN T P. Câu h i : 1. Theo em nh ư th nào là h th ng c in t ? 2. Hãy trình bày ng d ng c a h th ng c in t ? 3. Hãy thi t k mt h th ng c in t mà em bi t? 18
Giáo Trình H Th ng C in T CH NG 3 CM BI N VÀ O L NG I GI I THI U CHUNG. 1.1 Cm bi n và o l ng. Cm bi n là các ph n t nh y c m dùng bi n i các i l ư ng o l ư ng, ki m tra hay iu khi n t d ng này sang d ng khác thu n ti n h n cho vi c tác ng ca các ph n t khác. Cm bi n là m t thi t b ch u tác ng c a i l ư ng c n o m không có tính ch t in và cho m t c tr ưng mang b n ch t in (nh ư in tích, in áp, dòng in, tr kháng) kí hi u là s có s = F(m). Cm bi n th ư ng dùng khâu o lư ng và ki m tra. Các lo i c m bi n ư c s d ng r ng rãi trong t ng hóa các quá trình s n xu t và iu khi n t ng các h th ng khác nhau. Chúng có ch c n ng bi n i s thay i liên t c các i l ư ng u vào ( i l ư ng o l ư ng - ki m tra, là các i l ư ng không in nào ó thành s thay i c a các i l ư ng u ra là i l ư ng in, ví d : in tr , in dung, in kháng, dòng in, tn s , in áp ri, góc pha, Cn c theo dng i l ư ng u vào ng ư i ta phân ra các lo i c m bi n nh ư: cm bi n chuy n d ch th ng, chuy n d ch góc quay, tc , gia t c, mô men quay, nhi t , áp su t, quang, bc x , o l ưng c m bi n: là h th ng ưc s dng r t ph bi n trong các s n ph m c in t và th ưng c u t o t 3 thành ph n: i l ng ang Giá tr c o i l ưng Cm bi n Gia công tín hi u Hi n th Ho c i l ưng ã Module kích ưc x lí truy n ng B x lí Hình 3.1: H th ng o và các thành ph n 1
Giáo Trình H Th ng C in T 1.2 Cm bi n (sensor). Cm bi n (sensor) c m nh n i l ưng ang ưc o b ng cách sinh t i u ra ca nó m t tín hi u t ư ng ng. 1.3 Gia công tín hi u (signal conditioning). Gia công tín hi u (signal conditioning): chuy n i các tín hi u t c m bi n thành tr ng thái phù h p ho c hi n th ho c vào module x lí, th c hi n xích iu khi n. ây là khâu thu nh p, gia công tín hi u sau các chuy n i s c p (các tài li u th ưng g i là m ch o). Tín hi u t sensor c a m t h th ng o th ưng ưc x lí theo m t ph ư ng pháp phù h p v i giai on ho t ng ti p theo. Tín hi u có th , ví d, là quá bé, c n phóng to lên, có nhi u ph i lo i nhi u, không ph ng c n ch nh lưu, là tín hi u t ư ng t c n chuy n sang tín hi u s ho c ng ưc l i, là m t bi n in tr ph i chuy n thành bi n dòng, là m t bi n in áp thành bi n dòng t ư ng ng 1.4 H thng hi n th (display system). H th ng hi n th (display system): n i tín hi u ra t b gia công tín hi u ưc th hi n d ưi d ng con s so v i n v o (hi n th s ) ho c d ng bi u (hi n th tư ng t ) 1.5 B x lí (Processor). Là n i nh n tín hi u t b ph n gia công tín hi u ây b x lí s x lí tín hi u cho c c u c u hành ho t ng. II PHÂN LO I C M BI N. 2.1 Theo d ng kích th c . STT Kích th c Các c tính c a kích thích 1 Âm thanh Biên pha, phân cc, ph, tc truyn sóng 2 in in tích, dòng in, in th , in áp, in tr ưng (biên pha, phân c c, ph ), in d n, hng s in môi 3 T T trưng (biên pha, phân cc, ph ), t thông, cưng t trưng, t thm 2
Giáo Trình H Th ng C in T 4 Quang Biên pha, phân c c, ph , tc truyn,h s phát x, khúc x, h s hp th , h s bc x 5 C V trí, lc, áp su t, gia tc, vn tc, ng su t, cng, mômen, kh i lưng, t trng, vn tc ch t lưu, nh t 6 Nhit Nhi t , thông lưng, nhit dung, t nhit 7 Bc x Kiu, nng lưng, c ưng 2.2 Theo tính n ng các b c m bi n. STT Tính n ng STT Tính n ng 1 nh y 8 tr 2 chính xác 9 Kh nng quá ti 3 phân gii 10 Tc áp ng 4 ch n lc 11 n nh (ng n hn và dài hn) 5 tuy n tính 12 Tu i th 6 Công su t tiêu th 13 iu kin môi tr ưng 7 Di t n 14 Kích th ưc, tr ng lưng 2.3 Theo ph m vi s d ng lo i c m bi n. • Cm bi n trong công nghi p • Cm bi n trong nghiên c u khoa h c • Cm bi n trong môi tr ưng khí t ưng • Cm bi n trong thông tin vi n thông • Cm bi n trong nông nghi p • Cm bi n trong dân d ng • Cm bi n trong giao thông 3
Giáo Trình H Th ng C in T • Cm bi n trong v tr • Cm bi n trong quân s 2.4 Các i l ng nh h ng. Các i lưng nh hưng hay i lưng nhiu là các i lưng có th tác ng n tín hiu u ra ca cm bi n ng th i v i i l ưng cn o. Bao g m: • Áp su t, gia tc, dao ng (rung): gây ra bin d ng và ng su t trong mt sthành ph n ca c m bi n khin tín hi u h i áp b sai lch. • m: làm thay i tính ch t in ca vt li u nh ư: hng s in môi , in tr su t . • Nhit : làm thay i các c tr ưng in, c và kích th ưc ca c m bi n. • T trưng: có th gây nên sut in ng cm ng ch ng lên tín hi u có ích, làm thay i tính ch t in c a v t liu c u thành cm bi n. • Biên và tn s ca in áp nuôi (ví d bin th vi sai) nh hưng n i lưng in u ra. Trong mi phép o, ng ưi ta luôn c gng tìm cách gi m thi u nhiu nh t nh hưng ca các yu t ngo i lai này bng các bin pháp ch ng nhiu trong o lưng nh ư: S dng các bin pháp ch ng rung, chng t trưng, cách in n nh các i lưng nh hưng nh ng giá tr bit trưc và chu n cm bin trong các iu kin ó (ví d: bình n nhit, ngu n in áp có b ph n iu ch nh ) S dng các s ghép ni cho phép cho phép bù tr nh hưng ca i lưng gây nhiu. 2.5 Gi i hn c a c m bi n. Bt k cm bi n nào khi làm vic cng cn ưc duy trì trong mt phm vi ch u ng nh t nh. Ph m vi ó thưng ưc quy t nh t yêu c u v kh nng không b phá hu và tính chính xác ca thông s u ra ca cm bi n. Rõ ràng cm 4
Giáo Trình H Th ng C in T bin s không th làm vic ưc na khi nó b phá hu v c ho c mch in bên trong. Như ã nói trên, trong quá trình làm vic, cm bi n luôn chu các tác ng nhi u t môi trưng. mt ch ng mc nh t nh thì nh ng nh hưng này là không áng k, nhưng khi chúng vưt ng ưng ch u ng ca cm bi n thì tín hi u ra ca c m bi n s không còn t tin cy cn thi t na. Nh ng ng ưng gi i hn này, th ưng ưc quy nh b i nhà s n xut, bao g m: Vùng làm vi ệc danh định: ó là vùng giá tr ng v i nh ng iu ki n làm vic bình th ưng c a c m bi n. Biên gi i c a vùng này chính là ng ưng gi i h n mà các i l ưng o, các i lưng v t lý liên quan n i l ưng o ho c các i l ưng nh h ưng có th th ưng xuyên t t i mà không làm thay i các c tr ưng làm vi c danh nh c a c m bi n. Vùng không gây nên h ư hỏng: Là vùng v ưt quá ng ưng gi i h n c a các i lưng o, các i l ưng liên quan, các i l ưng nh h ưng nh ưng v n chưa gây nên h ư h ng (v tính chính xác) cho c m bi n. vùng này, thông s ra c a c m bi n không còn chính xác. Nh ưng khi iu kin làm vi c tr v vùng giá tr danh nh thì thông s u ra c a cm bi n l i cho k t qu chính xác. Vùng không phá hu ỷ: Là vùng mà các i l ưng o, i l ưng liên quan và i l ưng nh h ưng vưt ra ngoài giá tr ng ưng c a vùng không gây nên h ư h ng nh ưng v n còn trong vùng không phá hu. Khi ó thông s ca chính c m bi n không còn kh nng t ph c h i tr li khi iu ki n làm vi c tr li vùng giá tr danh nh. Khi ó mu n s dng l i cm bi n, ta phi chu n l i thông s ca nó. III M T S C M BI N S D NG HI N NAY. 3.1 H th ng iu khi n máy. • Lo i o (sensor liên t c): ây là các lo i sensor o các bi n v t lí nh ư: v trí, t c , nhit , áp su t, l c, in áp, dòng và c p u ra, ln c a bi n t i m t th i im ích. Các c m bi n này có th là lo i t ư ng t ho c s. 5
Giáo Trình H Th ng C in T • Lo i phát hi n thành ph n (sensor s ki n): các sensor phát hi n vi c x y ra ca m t s ki n c th (ví d , s hi n di n hay v ng m t m t v t th ưc t t i m t v trí nh t nh) và bi u th s ki n v i m t tín hi u s u ra (ON/OFF). Các sensor lo i này luôn luôn là s (digital) theo ngh a r ng chúng là OFF ho c ON. • Ti p theo sensor o có th là lo i o tr c ti p ho c gián ti p, sensor phát hi n thành ph n có th là lo i ti p xúc ho c không ti p xúc. 3.1 Da theo nguyên lý chuy n i, c m bi n có th là. • Chuy n i in tr : trong ó i l ưng không in bi n i làm thay i in tr ca nó. • Chuy n i in t là các chuy n i d a trên các quy lu t v lc in t . i l ưng không in làm thay i các thông s mch t nh ư: in c m I h cm M, t th m µ, t thông . • Chuy n i t nh in là các chuy n i làm vi c d a trên hi n t ưng t nh in. i l ưng không in làm thay i in dung C hay in tích c a nó. • Chuy n i hóa in là các chuy n i d a vào hi n t ưng hóa in. i lưng không in làm thay i in d n, in c m, s c in ng, hóa in • Chuy n i nhi t in là các chuy n i d a trên hi n t ưng nhi t in. i lưng không in làm thay i s c in ng, nhi t in hay in tr ca nó. • Chuy n i in t và ion: trong ó i l ưng không in làm thay i dòng in t hay dòng ion ch y qua. • Chuy n i in t da trên hi n t ưng c ng hưng t ht nhân và c ng hưng t in t . 6
Giáo Trình H Th ng C in T • Cm bi n thông minh: chuy n i s c p trên c s công ngh vi in t có kh nng chuy n i nhi u i l ưng khác nhau v i kho ng o khác nhau và có kh nng ch ư ng trình hóa và t ng x lí k t qu o. 3.2 Da trên c ơ s các i l ng u ra. • Các phép o trong c khí th ưng là o chuy n v tc , l c áp su t, lưu lưng, m c ch t l ng, nhi t . 3.2.1 Cảm bi ến đo l ực. o l c có th xác nh qua nh ng i l ưng trung gian nh ư kho ng d ch chuy n khi dùng t bào o l c tenxo 3.2.2 Cảm bi ến đo áp su ất. Thông qua bi n d ng d o o chênh l ch áp t i hai phía màng ng n (hình ) u ch n ng nh mt s sensor chuy n d ch. Hình 3.5: Nguyên lí c a b o t c 3.2.3 Cảm bi ến đo l ưu l ượng. Lo i c m bi n này ưc s dng o ch t l ng ho c khí. Theo công ngh o nó ưc chia thành 9 nhóm chính. Trong ó, áp vi sai ( differential pressure flowmeter), di n tích bi n i (variable area flowmeter), chuy n v dư ng ( positive displacement flowmeter), turbin (turbin flowmeter) thu c lo i công ngh truy n th ng, dao ng (oscillatry flowmeter). Kh i l ưng (mass flower) thu c k thu t m i h n. Nh ng c m bi n th ưng ưc dùng nh t là d ng t m có l thông qua bi n trung gian áp su t (differential pressure flowmeter ) ho c d ng tuabin thông qua s quay c a roto có v n tc góc t l thu n v i t c lưu l ưng (tuabin flowmeter). 7
Giáo Trình H Th ng C in T Cm bi n o m c ch t l ng có nguyên lí ki m soát chuy n ng c a phao ho c chênh lch áp l c. 3.2.4 Cảm bi ến nhi ệt. Cm bi n nhi t ây s tay i nhi t dn n s gi n ho c co v t ch t rn, l ng ho c khí, t o nên s thay i in tr ca dây d n ho c bán d n. c m bi n nhi t có th s dng nguyên lý c a bimetal, c m bi n nhi t in tr , in tr nhi t, cp nhi t ng u 3.2.5 Cảm bi ến đo kho ảng cách. Cm bi n o kho ng cách là các sensor ưc s dng o kho ng cách t mt im chu n n v t th . M t s công ngh ưc s dng phát tri n các lo i sensor này là ánh sáng quang h c (light/optics) nhìn b ng máy tính (computer vision), sóng cc ng n (microware) và siêu âm (ultrasonic). Các sensor này có th ti p xúc ho c không ti p xúc. a s các sensor không ti p xúc lo i này ho t ng trên c s vt lý truy n sóng. M t sóng ưc phát t i m t im chu n, và thang o ưc quy t nh b i th i gian truy n t im chun n im ích ho c b i s gi m c ưng khi sóng truy n n ích và ph n h i v im chu n. th i gian truy n ưc o b i ph ư ng pháp th i gian bay (Time-Of-Flight, TOF) ho c iu bi n t n s . 3.2.6 Cảm bi ến nh ận d ạng. Cm bi n nh n d ng thành ph n ưc s dng xác nh t ư ng quan gi a m t vt t ư ng i so v i v t khác, ho c t n m t v trí c th , ho c m t v t có/không có mt t i v trí c th . ó có th là c m bi n ti p xúc ho c không ti p xúc 3.2.7 Sensor ph ản x ạ (reflex sensor). Hình 3.10: Cm bi n ph n x 8
Giáo Trình H Th ng C in T Sensor ph n x (reflex sensor) hình nh n d ng i t ưng nh ph n x ca tia khí thông qua tín hi u áp t i c ng iu khi n, kho ng cách n i t ưng c n ưc nh n d ng (khoàng 4-15 mm), và áp c p. lo i sensor này ưc s dng giám sát dng c t d p. ki m tra kho d ng c và m các chi ti t 3.2.8 Cảm bi ến nh ận d ạng quang đi ện Cm bi n nh n d ng quang in ( photoeletric proximity sensor) s dng phát hi n m t v t khi chùm ánh sáng ho c tia h ng ngo i chi u gi a ph n phát và phn nh n b ng t b i v t. thi t b nh y ánh sáng th ưng ưc s dng là phototranzito, photodiot ho c photoresistor. Hai b ph n chính phát và nh n, tùy theo thi t k mà có th ưc t trong hai bu ng riêng bi t, ó là lo i c m bi n v i chùm i qua (through- beam sensor, hình3.11). Lo i ưc s dng phát hi n v t kho ng cách l n, n 100 m ho c ưc t chung trong cùng m t bu ng. ó là c m bi n ph n x ng ưc (retro-reflective sensor s dng phát hi n n 10m) và c m bi n khu ch tán (difuse sensor, phát hi n n 2 m). Hình 3.11: Cm bi n quang in III CÂU H I ÔN T P. Câu h i: Hãy nêu m t s ng d ng trong công nghi p ho c thi t k mt c c u thu c h th ng c in t có s dng c m bi n và c c u ch p hành mà em bi t. 9
Giáo Trình H Th ng C in T CH ƯƠ NG 4 CƠ C ẤU CH ẤP HÀNH I GI ỚI THI ỆU CHUNG V Ề C Ơ C ẤU TRUY ỀN ĐỘNG 1.1 Hệ th ống kích truy ền động – cơ. Các chi ti t c th ưng óng vai trò chính trong m t h th ng thi t b , ngoài vi c th hi n k t c u hình dáng c s ca s n ph m, khung l p ráp cho các thành ph n chi ti t khác, làm vt liên k t, v t trung gian ghép n i vv các chi ti t c khí th ưng ưc s dng trong h kích truy n ng (c c u ch p hành). 1.2 Hệ th ống c ơ khí. H th ng c khí còn có thu t ng na g i là “máy móc” theo ngh a c khí truy n th ng, ưc s dng truy n ho c thay i ho t ng c a m t l c ho c momen th c hi n công h u ích. “Máy móc” ưc nh ngh a là h th ng c a các thành ph n, ưc s p x p truy n chuy n ng và n ng l ưng t mt d ng nào ó sang d ng theo yêu c u, trong khi c c u kích truy n ng (actuation) c ng ưc nh ngh a là m t h th ng c a các thành ph n, ưc s p x p truy n chuy n ng theo yêu c u, nh ư v y c c u kích ng c ng t ư ng t nh ư máy móc nh ưng m c ích yêu cu là to ra úng các chuy n ng x y ra trong “máy móc”. 1.3 Các lo ại chuy ển động trong máy móc. Mt v t r n có th có nh ng chuy n ng r t ph c t p. Tuy nhiên m i chuy n ng c a v t th rn u có th qui v s kt h p c a các chuy n ng t nh ti n và các chuy n ng xoay tròn. Khi xem xét trong không gian 3 chiu, m t chuy n ng t nh ti n có th ưc coi nh ư là m t d ch chuy n d c theo m t tr c ho c trong không gian 3 chi u. m t chuy n ng tròn có th là xoay tròn theo m t tr c ho c trong không gian 3 chi u. A. Chu ổi động h ọc. Thu t ng ng h c ưc s dng nghiên c u chuy n ng mà không ý n l c. v c xem xét chuy n ng mà không quan tâm n l c ho c n ng l ưng ng ngh a v i vi c phân tích ng h c c a các c c u. 1
Giáo Trình H Th ng C in T Mt c c u có th coi nh ư là m t chu i các liên k t n. M i m t chi ti t c a c c u có chuy n ng t ư ng i so v i chi ti t khác ưc g i là m t khâu. M t khâu không nh t thi t là m t thân c ng, nh ưng b t bu c là m t thân b n, có kh nng truy n các l c yêu c u mà không b bi n d ng. vì lí do này khâu th ưng ưc th hi n b ng mt than r n có hai ho c nhi u h n hai kh p n i kt n i v i các khâu khác. M i khâu có kh nng chuy n ng t ư ng i i v i các khâu bên c nh. òn b y, tay quay, k t n i tay kéo – piston, các thanh tr ưt , puli ròng r c, ai và tr c là nh ng ví d v khâu. S ni tip các kh p n i-các khâu ưc nh ngh a là chu i ng. mt chu i ng có th truy n ng, m t khâu ph i ưc c nh. Khi ó chuy n ng c a mt khâu s sinh các chuy n ng t ư ng i (theo d tính) i v i nh ng khâu khác. Mt chu i ng h c có th bin i c u khi thay i khâu c nh. Thi t k ca nhi u lo i máy d a trên chu i ng h c c a: c c u 4 khâu b n l , tay quay – con tr ưt và culit l c. B. Cơ c ấu khâu kh ớp. Chu i liên k t th ưng g m các khâu, liên k t v i nhau qua kh p. • Kh p là nút n i gi a hai hay nhi u khâu, n i cho phép có chuy n ng t ư ng i gi a các khâu. • Khâu là thân r n có ít nh t là 2 nút, t i ó liên k t qua kh p t i các khâu khác. • Bc t do (F) là s các chuy n ng c l p c a c c u ho c là các t a c lp xác nh h ưng và v trí c a c c u. • Bc t do c a m t c c u ph ng có th ưc xác nh b i công th c c a Gruebler: F= 3(n-l)-2 (1) Vi: • n là t ng s lưng các khâu (k c khâu c nh và khâu n n) • là t ng s lưng các kh p (m t s kh p ưc tính có s lưng f c a b n thân là ½, 1, 2 ho c 3). 2
Giáo Trình H Th ng C in T C. Một s ố ví d ụ. C c u 4 khâu b n l và c c u tay quay – con tr ưt là nh ng c c u th ưng ưc s dng trong ch to máy (hình 4.1-4.2) C c u 4 khâu b n l Hình 4.1: C c u 4 khâu b n l Hình 4.2: C c u tay quay – con tr ưt C c u 4 khâu b n l gm 4 khâu, n i v i nhau qua 4 kh p, có th quay dao ng quay nó. Hình 3.1 th hi n m t s dng c c u 4 khâu b n l ưc th hi n b ng cách thay i chi u dài c a các khâu. hình 4.1 (a), khâu 3 ch t c ng, nh ư v y v i chi u dài t ư ng i c a khâu 1 và 4 có th dao ng l c, nh ưng không xoay tròn. C cu này ưc g i là c c u b n l 2 con l c. n u rút ng n chi u dài khâu 4 tư ng i so vi khâu 1, khâu 4 có th quay (hình 4.1b) và khâu 1 thì có th dao ng l c. c c u này ưc g i là c c u tay quay c n l c. tr ưng h p khâu 1 và khâu 4 có cùng chi u 3
Giáo Trình H Th ng C in T dài và cà hai u có th quay (hình 4.1 c) s to nên c c u hình bình hành. B ng cách thay i khâu c nh, ng ưi ta có th to nên m t s dng c c u khác. T công th c Gruebler, tr ưng h p chu i c c u 4 khâu : s bc t do F luôn là 1 vì: n=4, = 4, nên F=3(4-1)-2x4)=1. II MỘT S Ố C Ơ C ẤU TRUY ỀN ĐỘNG HI ỆN NAY. 2.1 Cơ c ấu tay quay – con tr ượt. Kt c u này g m m t tay quay n i v i m t thanh kéo và m t con tr ưt nh ư hình 4.3. ó là m t k t c u ng c n gi n. V i c u hình này, khâu 3 là c nh, t c không có chuy n ng t ư ng i gi a tâm c a tay quay và thân máy, trong ó piston tr ưt. Khâu 1 là tay quay, khâu 2 – thanh n i kéo và khâu 4 – con tr ưt có th chuy n ng t nh ti n so v i khâu 3. Khi piston tr ưt ti n – lùi (t ư ng ng v i khâu 4), tay quay – khâu 1 bu c ph i quay. Nh ư th c c u ã truy n m t chuy n ng u vào tnh ti n thành m t chuy n ng quay tròn. Hình 4.3: C c u culit l c Hình 4.3 th hi n c c u culit l c, là m t d ng c a c c u tay quay – con tr ưt ưc s dng trong máy búa. C c u này g m m t tay quay – khâu AB có th quay quanh quay A c nh; m t cánh tay òn CD có th dao ng l c quanh C khi có s tr ưt t i B d c theo CD khi AB quay, và khâu kéo – DE có th bu c E chuy n ng ti – lui. E là u tr c chính (con tr ưt), n i ó có th lp búa th c hi n tác nghi p. Búa s ti các v trí c c im khi v trí c a tay quay là AB1 và AB2. Khi cánh tay quay chuy n ng ng ưc chi u kim ng h t B1 n B2, búa th c hi n m t hành trình tác nghi p . N u tay quay ti p t c quay t B2 n B1 ng ưc chi u kim ng h, khi ó búa l i hoàn thi n mt hành trình nh ưng theo h ưng ng ưc l i – hành trình 4
Giáo Trình H Th ng C in T quay v . N u tay òn quay v i t c c nh, thì do góc quay c a tay òn yêu c u cho hành trình công tác l n h n so v i hành trình lùi, nên hành trình công tác th c hi n lâu hn chu kì quay v . 2.2 Cơ cấu tay quay – con tr ượt có b ậc t ự do f=1. Bng 4.1 th hi n m t s c c u tay quay – thanh truy n và m i quan h v chuy n ng, momen, l c gi a các ph n t ca c c u v i các i l ưng ưc nh ngh a: T – moment quay F – ngo i l c x- chuy n v , – góc quay – tc góc l – chi u dài thanh – t s gi a chi u dài các thanh s 1, 2 – kí hi u khâu ho c chi ti t 5
Giáo Trình H Th ng C in T Bng 4.1: M t s chu i c c u C c u Ký hi u Mi quan h hàm Tay quay – cn l c = f = f Tay quay – thanh truy n = r(1-cos ) + = , õ = Tay quay – con tr ưt = f( , , , a) = f( , , , a) Thanh truy n – cn l c = 6
Giáo Trình H Th ng C in T 2.3 Truy ền động cam. Cam là chi ti t có th quay tròn ho c dao ng l c truy n chuy n ng qua li (t nh ti n hai chi u) ho c chuy n ng l c cho chi ti t th 2 – chi ti t b dn, hình 4.4. Khi cam quay, chi ti t b dn ưc nâng lên, ng ng l i và t t xu ng v i kho ng th i gian t ư ng ng ph thu c vào c u hình c a cam. Ph n l ch tâm- bán kính l n c a cam nâng chi ti t b dn lên và ph n l ch tâm bán kính nh h chi ti t xu ng v i th i gian tùy thu c vào hình dáng cam. Vùng cam gi chi ti t b dn t i m t m c không i trong m t th i gian áng k gi là kho ng ng ng. Vùng này c a cam th ưng có bán kính không i (t ư ng ng v i kho ng th i gian ng ng). Hình 4.4: Bánh cam và thi t b dn Hình dáng c a cam ưc yêu c u sinh ra chuy n ng nh tr ưc c a chi ti t b dn. Hình dáng cam nh ư hình 4.5a, m t cam tròn nh ưng có tâm quay l ch, cho phép chi ti t b dn có chuy n ng dao ng iu hòa, lo i th ưng ưc s dng trong k t cu c a b m. Cam hình 4.5b, có hình d ng trái tim, khi quay cho phép chi ti t b dn dch chuy n lên v i t c c nh trong m t kho ng th i gian, tr ưc khi h xu ng v i cùng t c trong cùng th i gian. Cam có nh nh n (hình 4.5c) cho phép chi ti t b dn tr ng thái t nh khi cam quay ưc kho ng n a vòng (bên bán kính c nh), sau 7
Giáo Trình H Th ng C in T ó ti n và lùi i x ng trên khoàng ¼ vòng chuy n ng còn l i. Lo i cam này th ưng ưc s dng ki m soát van ng c , kho ng ng ng là kho ng th i gian hn h p xng d u ho c khí i vào xilanh. Th i gian tr càng dài t ư ng ng v i chi u dài b mt cam có bán kính c nh l n h n cho phép xilanh có th i gian np khí d cháy. Hình 4.5: Mt s hình dáng cam và chuy n v ca chi ti t b dn Các chi ti t b cam d n c ng có nh ng ki u khác nhau. Lo i con l n (b n ch t là gi l n), có ưu im là t o ma sát t i im ti p xúc, ma sát quay nh hn nhi u so v i ma sát tr ưt, tuy nhiên l i t h n. Chi ti t b dn có m ti p xúc ph ng ưc s dng khá ph bi n vì giá r và có th ưc ch to nh hn con l n. Kt c u cam ưc s dng nhi u trong ch to máy, cùng v i cánh tay òn và tr c khu u t o nên các chu i ng h c trong các máy công c chép hình c in và hi n v n còn s dng ph bi n cho các van c a ng c . Bng 4.2 th hi n m t s gi i pháp v c c u d n ng cam và m i quan h v chuy n ng, momen, l c gi a các ph n t ca c c u. 8
Giáo Trình H Th ng C in T Bng 4.2 Mt s c c u d n ng b ng cam C c u Kí hi u Mi quan h hàm Cam – cn t nh tuy n (tr ưt) = f (r( ), ) = f(r( ), , ) Cam – cn l c = f (r( ), ) = f(r( ), , ) Cam – cn l c không gian (quay) = f (h( ), ) = f(h( ), , ) 2.4 Truy ền động bánh r ăng. Bánh r ng là c c u ưcc s dng khá ph bi n truy n chuy n ng quay tròn. Chúng ưc s dng khi c n thay i t c ho c momen quay c a thi t b . ví d hp s ca xe ô tô cho phép bánh d n có t c và momen quay theo yêu c u c a a hình v i n ng l ưng c a ng c ưc trang b . Chuy n ng quay có th ưc truy n t mt tr c sang tr c khác qua c p bánh tr quay nh ma sát ti p xúc. Hi u su t truy n s ưc nâng lên cao nu b sung n kh p r ng c a hai m t tr và ó là c c u n kh p bánh r ng (hình 4.6). 9
Giáo Trình H Th ng C in T a) Truy n ng hai tr c song song: bánh tr rng nghiêng b) Truy n ng bánh vít tr c vít c) Truy n ng hai tr c giao nhau – bánh r ng côn r ng th ng d) Truy n ng hai tr c vuông góc: bánh r ng nghiêng 10
Giáo Trình H Th ng C in T e) Truy n ng hai tr c giao nhau – bánh côn r ng xo n f) Truy n ng thanh r ng - bánh r ng Hình 4.6. M t s ví d v truy n bánh r ng n kh p ngoài Các bánh r ng ưc dùng truy n chuy n ng quay gi a tr c song song (hình 4.6a) khi s dng bánh r ng tr th ng ho c r ng nghiêng, gi a các tr c nghiêng – bi bánh r ng côn (hình 4.6b,c). gi a các tr c vuông góc – bi n kh p bánh vít, trc vít (hình 4.6d). c p bánh r ng nghiêng ho c xo n (hình 4.6e). khi hai bánh r ng n kh p, truy n ng ưc th c hi n t bánh (ch ng) bánh d n sang bánh b ng (bánh b dn). M t s dng khác c a truy n ng n kh p bánh r ng, bi n chuy n ng tròn thành chuy n ng th ng là n kh p bánh r ng – thanh r ng (hình 4.6f). S truy n ng và kích th ưc truy n ng ph thu c vào kích th ưc, hình dáng hình h c c a thân r ng, h ưng c t r ng và cách n kh p r ng. Theo h ưng c t r ng thì bánh r ng tr và r ng nghiêng có th gi là bánh r ng tr /bánh r ng nghiêng r ng th ng khi thân r ng ưc c t theo h ưng th ng tr c. r ng xiên khi thân r ng ưc c t xiên m t góc xo v i tr c và bánh r ng xo n khi thân r ng ưc c t theo ưng xo n c (góc xiên r ng bi n thiên). S n kh p còn ph thu c b nh h ưng b i kích th ưc hình dáng hình h c và s lưng r ng c a c p bánh r ng n kh p. v biên d ng thân r ng có d ng chu n là thân khai (có th có nh ng biên d ng hình h c c bi t khác). Kích th ưc hình h c c a 11
Giáo Trình H Th ng C in T rng ph thu c vào giá tr modun m, i l ưng quy t nh chi u cao, nh và chân rng. Sau ây là m t s công th c ưc s dng trong thi t k truy n ng r ng: m = Vi : d là ưng kính chia, Z là s rng, m là i l ưng ưc chu n hóa, theo ISO, th ưng l y theo dãy s m = 1;1,2,3; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10 (mm). • Chi u cao nh r ng: = m • Chi u cao chân r ng: = 1.1 ÷ 1.3 m • Chi u cao r ng h = + • T s truy n: i= = Trong ó: là s rng c a bánh r ng ch ng (1), là s rng c a bánh rng b ng , là t c góc c a bánh r ng 1 và là t c góc c a bánh r ng 2. Bng 4.3. Th hi n m t s ki u n kh p bánh r ng và các i l ưng c tr ưng. Sơ đồ kết c ấu Kí hi ệu Mối quan h ệ hàm Bánh r ăng – bánh r ăng = = = = Bánh r ăng – thanh r ăng = = 12
Giáo Trình H Th ng C in T Ăn kh ớp trong = = = = Ăn kh ớp chu ỗi bánh r ăng = = = = Truy n ng bánh r ng hay ưc s dng c bi t trong các h p t c vi: T s truy n c a h p gi m t c thì I 1 2.5 Truy ền động đai/ xích. Truy n ng ai là c c u ưc s dng truy n momen quay và chuy n ng quay gi a hai hay nhi u tr c nh lc ma sát phát tri n gi a ai – c c u d n v i bánh ai g n trên tr c ch ng – qua bánh ai g n trên tr c b dn (hình 4.7). Hình 4.7: Truy n ng ai ai/xích ti p xúc bánh ai/xích theo m t cung truy n momen/chuy n ng quay. Do truy n chuy n ng da vào l c ma sát nén truy n ng ai có th xy ra hi n t ưng tr ưt. k t c u ai có v u (hình 4.8c) và xích 4.8 a,b) là nh ng gi i pháp c i 13
Giáo Trình H Th ng C in T thi n kh nng truy n. V bn ch t trong truy n ng ai . Momen chuy n ng quay ưc truy n nh chênh l ch ng xu t c ng x y ra trong khi v n hành (hình 4.8) Hình 4.8: Xích và bánh ai có v u Gi 1 là bánh ai d n, 2 là bánh ai b dn, là ng su t c ng. là ng xu t phía chùng, khi ó: • Momen quay bánh ai 1 là = ( - ) • Momen quay trên bánh ai 2 là = ( - ) • Vi là bán kính c a bánh ai 1, là bán kính c a bánh ai 2 Do công su t ưc truy n là tích c a momen quay và tóc góc và vì t c góc là = v/ i v i bánh ai 1, = v/ i v i bánh ai 2. (v i v là t c dài ca ai), nên công su t truy n lên m i ai là ( - )v Li th ca truy n ng ai so v i truy n ng n kh p là: • Có kh nng truy n ng gi a các tr c có kho ng cách quá l n ho c quá nh . • Có th t ng b o v h th ng trong tr ưng h p quá t i (do xu t hi n tr ưt khi ti v ưt ng su t max gi bám ti p xúc). Tuy nhiên t s truy n b gi i h n, cao nh t là 3 do liên quan n cung ti p xúc gi a ai và bánh ai. 14
Giáo Trình H Th ng C in T Bng 4.4. C c u truy n ng ai và xích Sơ đồ kết c ấu Kí hi ệu Mối quan h ệ hàm Truy n ng ai tr n qua hai tr c = = Truy n ng ai quay t nh ti n cho chi ti t trên ai = = Truy n ng ai có r ng/xích = = = = Truy n ng ai có r ng xích = = Bng 4.4. M t s kt c u n kh p bánh r ng 15
Giáo Trình H Th ng C in T III NH ỮNG ỨNG D ỤNG C ỦA C Ơ C ẤU TRUY ỀN ĐỘNG. IV CÂU H ỎI ÔN T ẬP. Hãy nêu m t s ng d ng trong công nghi p ho c thi t k mt c c u thu c h th ng c in t có s dng c c u truy n ng mà em bi t 16
Giáo Trình H Th ng C in T CH NG 5 KHÍ NÉN – IN KHÍ NÉN I GI I THI U CHUNG. 1.1 Tng quan v h th ng khí nén. H th ng khí nén (Pneumatic Systems) ưc s dng r ng rãi trong công nghi p l p ráp, ch bi n, c bi t nh ng l nh v c c n ph i m b o v sinh, ch ng cháy n ho c môi tr ưng c h i. Ví d , l nh v c l p ráp in t ; ch bi n th c ph m; các khâu phân lo i, óng gói s n ph m thu c các dây chuy n s n xu t t ng; Trong công nghi p gia công c khí; trong công nghi p khai thác khoáng s n Các dng truy n ng s dng khí nén: Truy n ng th ng là ưu th ca h th ng khí nén do k t c u n gi n và linh ho t c a c c u ch p hành, chúng ưc s dng nhi u trong các thi t b gá k p các chi ti t khi gia công, các thi t b t d p, phân lo i và óng gói s n ph m Truy n ng quay: trong nhi u tr ưng hp khi yêu c u t c truy n ng r t cao, công su t không l n s gn nh và ti n l i h n nhi u so v i các d ng truy n ng s dng các n ng l ưng khác, ví d các công c vn c vít trong s a ch a và l p ráp chi ti t, các máy khoan, mài công su t d ưi 3kW, t c yêu c u t i hàng ch c nghìn vòng/phút. Tuy nhiên, nh ng h truy n ng quay công su t l n, chi phí cho h th ng s rt cao so v i truy n ng in. Nh ng ưu nh ưc im c ơ b n: • u im: Do không khí có kh nng ch u nén ( àn h i) nên có th nén và trích ch a trong bình ch a v i áp su t cao thu n l i, xem nh ư m t kho ch a n ng l ưng. Trong th c t vn hành, ng ưi ta th ưng xây d ng tr m ngu n khí nén dùng chung cho nhi u m c ích khác nhau nh ư công vi c làm s ch, truy n ng trong các máy móc 1
Giáo Trình H Th ng C in T Có kh nng truy n t i i xa b ng h th ng ưng ng v i t n th t nh ; Khí nén sau khi sinh công c h c có th th i ra ngoài mà không gây t n h i cho môi tr ưng. Tc truy n ng cao, linh ho t; D iu khi n v i tin c y và chính xác; Có gi i pháp và thi t b phòng ng a quá t i, quá áp su t hi u qu . • Nh ưc im: Công su t truy n ng không l n. nhu c u công su t truy n ng l n, chi phí cho truy n ng khí nén s cao h n 10-15 l n so v i truy n ng in cùng công su t, tuy nhiên kích th ưc và tr ng l ưng l i ch bng 30% so v i truy n ng in Khi t i tr ng thay i thì v n t c truy n ng luôn có xu h ưng thay i do kh nng àn h i c a khí nén khá l n, vì v y kh nng duy trì chuy n ng th ng u ho c quay u th ưng là khó th c hi n. Dòng khí nén ưc gi i phóng ra môi tr ưng có th gây ti ng n. Ngày nay, nâng cao kh nng ng d ng c a h th ng khí nén, ng ưi ta th ưng k t h p linh ho t chúng v i các h th ng in c khác và ng d ng sâu r ng các gi i pháp iu khi n khác nhau nh ư iu khi n b ng các b iu khi n l p trình, máy tính 1.2 Cu trúc c a h th ng khí nén (The structure of Pneumatic Systems). A. H th ng khí nén th ưng bao g m các kh i thi t b : • Tr m ngu n g m: Máy nén khí, bình tích áp, các thi t b an toàn, các thi t b x lý khí nén( l c b i, l c h i n ưc, s y khô • Kh i iu khi n g m: các ph n t x lý tín hi u iu khi n và các ph n t iu khi n o chi u c c u ch p hành. • Kh i các thi t b ch p hành: Xilanh, ng c khí nén, giác hút Da vào d ng n ng l ưng c a tín hi u iu khi n, ng ưi ta chia ra hai d ng h th ng khí nén: H th ng iu khi n hoàn toàn b ng khí nén, trong ó tín hi u iu 2
Giáo Trình H Th ng C in T khi n b ng khí nén và do ó kéo theo các ph n t x lý và iu khi n s tác ng b i khí nén Gi là H th ng iu khi n b ng khí nén (Hình 5.1a) và H th ng iu khi n in – khí nén - các ph n t iu khi n ho t ng b ng tín hi u in ho c k t h p tín hi u in – khí nén (Hình 5.1b). Hình 5.1a: Cu trúc h th ng iu khi n khí nén Hình 5.1b: H th ng in – khí nén 3
Giáo Trình H Th ng C in T A. Mt vài ví d v h th ng khí nén: Hình 5.2 a mô t thi t b np phôi. Thi t b ph i ưc iu khi n sao cho các xi lanh 1A1, 1A2 kh ng ch tng c p hai phôi ưc chuy n qua. S lưng và t c np phôi c ng ưc iu khi n theo ý mu n. Hình 5.2a Mô t công ngh Hình 5.2b mô t thi t b khoan chi ti t t ng. các xi lanh ưc iu khi n theo tng chu k khép kín ho c liên t c nhi u chu trình. Xi lanh 1A c p phôi t kho n p phôi v kp ch t. xi lanh 2A d n ti n khoan, sâu l khoan ưc ki m soát b ng các c ch n. khi sâu l khoan t giá tr cn gia công, 2A t ng rút lên. Khi 2A ã rút v ti v trí ban u, 1A s ưc rút v và 3A s y s n ph m vào thùng ch a Hình 5.2b: Mô t công ngh Hình 5.3 a,b là các s bi u di n m t h th ng iu khi n b ng in khí nén 4
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.3a. S h th ng iu khi n in khí nén Hình 5.3b. S h th ng iu khi n hoàn toàn b ng khí nén Qua các ví d trên, nhiêm v ca nh ng ng ưi làm v k thu t h th ng khí nén là: c và phân tích ưc nguyên lý ho t ng c a h th ng thông qua s ; Mô t ưc nguyên lý c u t o, nguyên t c làm vi c, các thông s c b n c a các ph n t hp thành h th ng; • Thi t k , l p t và hi u ch nh h th ng; • Bo d ưng h th ng; 5
Giáo Trình H Th ng C in T • Bo trì: cài t thông s v th i gian, áp l c, t c làm vi c theo yêu c u công ngh ; • Xác nh l i, l p k ho ch và th c hi n s a ch a • Nm ch c và th c hi n các quy trình v n hành, an toàn lao ng; 1.3 Các cơ c u ch p hành (working elements). Các c c u ch p hành có ch c n ng bi n i n ng l ưng ưc tích l y trong khí nén thành ng n ng. C th cung c p các chuy n ng. a) Chuy n ng th ng: - Xilanh tác d ng n ( Single acting Cylinder) - Xilanh tác d ng kép ( Double acting cylinders) b) Chuy n ng quay: - ng c khí nén (Air Motors) - Xilanh quay (Rotary Cylinders) c) Giác hút Xi lanh tác d ng n Nguyên t c ho t ng: • Khí nén ch ưc s dng sinh công m t phía c a piston (nh p làm vi c) • Piston lùi v bng l c b t l i c a lò xo hay c a l c t bên ngoài (nh p lùi v). • Xi lanh có m t c ng c p ngu n, m t l thoát khí. • iu khi n ho t ng c a xilanh n b ng van 3/2 Hình 5.4: Xilanh tác d ng n 6
Giáo Trình H Th ng C in T Xi lanh tác d ng kép Nguyên t c ho t ng: • Khí nén ưc s dng sinh công hai phía c a piston • Xi lanh có hai c a c p ngu n • iu khi n ho t ng c a xilanh kép b ng van 4/2, 5/2 ho c 5/3. Hình 5.5: Xilanh tác d ng kép Giác hút Mt vòng lõm b ng cao su có th treo m t v t b ng s c hút khí nén. Khi có khí nén th i t 2 sang 3, mi ng hút 1 s to chân không cho giác hút. Hình sau mô t mt b van và giác hút v i m ch khí nén ng d ng Hình 5.6: Giác hút a) Các van iu khi n o chi u (Directional control valve) thông d ng b) Quy ưc ký hi u các van iu khi n o chi u trên s h th ng khí nén. • Quy ưc bi u di n các c ng vào/ra, các v trí chuy n tr ng thái: 7
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.7: Các c ng chuy n tr ng thái Trong ó, ký hi u các c ng vào/ra ưc bi u di n b ng các con s , quy ưc: • S 1 là c ng ngu n (P) • S 2 và s 4 là các c ng c p khí nén n c c u ch p hành; • S 3 ho c 3 và 5 là các c ng x khí tr c ti p ra ngoài môi tr ưng ( chú ý: khi c n gi m ti ng n, ng ưi ta l p vào các c ng x các ng gi m thanh) c) Quy ưc bi u di n các d ng tác ng iu khi n van: 8
Giáo Trình H Th ng C in T Mt s ký hi u y ca van o chi u Hình 5.8: Các d ng tác ng iu khi n Van Trong ó, quy ưc bi u di n các tín hi u iu khi n b ng các con s : • S 12 là tín hi u iu khi n m van khí nén t ca 1 ra ca 2 • Tư ng t s 14 là tín hi u iu khi n m van khí nén t ca 1 ra ca 4 • S 10 có ý ngh a là tín hi u khóa ưng ngu n 1 (P) dành cho van có mt c a ra. Ví d v ho t ng c a van và xilanh Hình 5.9: Ho t ng c a van và xilanh 9
Giáo Trình H Th ng C in T 1.7 Nguyên lý c u t o và ho t ng c a các van o chi u. a) Van 2.2 • Van 2/2 có hai c ng vào (1) / ra (2), hai tr ng thái, van 2/2 có th s dng làm khoa ON/OFF óng/m ngu n khí nén ho c r mch khí nén. • Van 2/2 có th ưc ch to iu khi n b ng tay. B ng ti p xúc c khí, bng khí nén hay in khí nén. • Hình 5.10 mô t ký hi u và ki u dáng c a m t khóa óng m bng tay, dùng van 2/2. Hình 5.10: Van in t 2/2 b) Van 3/2 Van 3/2 có 3 c ng làm vi c (vào(1), ra(2) và c ng x (3)) và hai tr ng thái. Hình 5.11: Van in t 3/2 Các van 3/2 ưc ch to r t a d ng và ng d ng c ng r t phong phú (hình 5.11 mô t mt s ph n t ng d ng van 3/2.). D ng tác ng có th bng tay; b ng ti p xúc c khí; b ng khí nén hay b ng in t mt phía ho c c hai phía . Các van 10
Giáo Trình H Th ng C in T iu khi n b ng khí nén hay b ng in t c hai phía có c tính nh ư m t ph n t chuy n m ch có nh tr ng thái ( Flip-Flop) hay còn g i là van xung. c) Van 4/2 Van 4/2 có 4 c ng làm viêc (vào(1), ra (2,4) và chung m t c ng x (3)), hai tr ng thái. Van 4/2 ưc ghép b i hai van 3/2 trong m t v : m t th ưng óng, m t th ưng m . Van 4/2 c ng có th iu khi n b ng c khí, b ng khí nén hay in m t phía ho c c hai phía. Các van iu khi n b ng khí nén hay in c hai phía c ng có c im nh ư m t ph n t nh hai tr ng thái. Van 4/2 ưc s dng làm van o chi u xilanh kép ho c ng c . Hình 5.12 bi u di n ký hi u, nguyên lý c u t o và hot ng c a m t van 4/2 iu khi n b ng khí nén c hai phía Hình 5.12: Van 4/2 d) Van 5/2 Van 5/2 có 5 c ng làm vi c (vào(1), ra (2, 4) và hai c a x riêng cho m i tr ng thái (3,5), có hai tr ng thái. Van 5/2 c ng có th iu khi n b ng c khí, b ng khí nén hay in m t phía ho c c hai phía. Các van iu khi n b ng khí nén hay in c hai phía có c im nh ư các van ã gi i thi u- là m t ph n t nh hai tr ng thái Van 5/2 dùng làm van o chi u iu khi n xilanh tác d ng kép, ng c . - Hình 5.13 bi u di n ký hi u, nguyên lý c u t o và ho t ng c a m t van 5/2 xung iu khi n b ng khí nén, tr ng thái n nh hi n có ưc thi t l p b i tín hi u 12 11
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.13: Van 5/2 - Hình 5.14 là tr ng thái n nh ưc thi t l p l i b i tín hi u 14 Hình 5.14: Van 5/2 Ví d v ng d ng van o chi u 5/2 – xung (Hình 5.15) Hình 5.15: Van o chi u 5/2 * M t s ký hi u ch c n ng các ph n t iu khi n (Theo tiêu chu n VDI 3260- CHLB c) 12
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.16: Ký hi u ch c n ng iu khi n Ví d 1: Thi t b dán ép plastic, công ngh (hình 5.17) và bi u hành trình b ưc (hình 5.18). Bàn ép ưc truy n ng lên xu ng b ng xilanh 1A Th i gian ép ưc t theo yêu c u, ví d 5s và ưc tính t th i im bàn ép tác ng lên công tác hành trình (1S2). Chu trình m i ưc b t u b ng vi c nh n nút n (1S3) và kèm theo iu ki n bàn ép ã rút v v trí cu i cùng (1S1 ưc tác ng). Hình 5.17: Mô hình công ngh Mô t công ngh Hình 5.18: Bi u hành trình b ưc 13
Giáo Trình H Th ng C in T Bi u hành trình b ưc S h th ng ưc thi t k cho ví d 1 (hình 5.19) Hình 5.19: S h th ng ưc thi t k cho ví d 1 Ví d 2: T s mô t công ngh (hình 5.20), thi t l p bi u hành trình b ưc(hình 5.21). Gi thi t, thông qua các c c u ph tr (không th hi n trên s ) có th lp t ưc các công t c hành trình vào các v trí c n thi t, có th thi t l p ưc bi u tr ng thái: Hình 5.20: Mô t công ngh Mô t bi u hành trình b ưc 14
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.21: Bi u hành trình b ưc Ví d ng d ng iu khi n khí nén theo t ng: iu khi n t ng theo hành trình m t xilanh tác d ng kép là m ch iu khi n hai t ng. Hình 6.45 trình bày bi u hành trình b ưc Hình 5.22: Bi u hành trình b ưc Bi u hành trình b ưc S tng n=2; s van chuy n t ng b ng 1 (van 1V0 – 4/2 xung); S tín hi u chuy n t ng b ng 2 (1S0 và 1S1) và (1S2) Van o chi u 1V1 15
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.23: H th ng iu khi n khí nén theo t ng Hình 5.23 mô t s h th ng khí nén có c u trúc 2 t ng iu khi n xilanh nêu trên v i yêu c u hành trình i ra có iu ch nh t c (dùng van ti t l ưu 1V3); hành trình i v nhanh nh t có th ( dùng van x nhanh 1V2). Thi t b gá k p và khoan chi ti t Hình 5.24: Mô t công ngh S công ngh gia công khoan 16
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.25: Bi u hành trình b ưc Hình 5.25 mô t bi u hành trình b ưc và 2 t ng iu khi n cho thi t b khoan. Hình 5.26 bi u di n s nguyên lý h th ng iu khi n b ng khí nén thi t k theo t ng cho thi t b khoan. Hình 5.26: H th ng iu khi n khí nén theo t ng 17
Giáo Trình H Th ng C in T CÔNG NGH IU KHI N IN – KHÍ NÉN I Các ph n t trong h th ng. 1.1 Cu trúc iu khi n in khí nén. Hình 5.27: H th ng in khí nén H th ng iu khi n b ng in- Khí nén (hình 5.27) so v i h th ng iu khi n hoàn toàn b ng khí nén có im khác bi t c b n là: tín hi u iu khi n là tín hi u in, theo ó các ph n t ư a tín hi u, các ph n t x lý tín hi u và các van o chi u làm vi c theo nguyên lý in, in - t tr ưng. 1.2 Các ph n t ư a tín hi u. a. Nút n. Hình 5.28 trình bày nguyên lý c u t o, ký hi u c a m t s dng nút n trong mch in. Hình 5.28: Nút n t ph c h i Ký hi u nút nh n th ưng h 18
Giáo Trình H Th ng C in T Ký hi u nút n th ưng óng b. Nút n t gi Hình 5.29: Nút n t gi c. Công t c hành trình in – cơ Hình 5.30: Công t c hành trình in c 1.3 Ký hi u s ơ m ch iu khi n. Ti p im th ưng m Khi ưc tác ng Ti p im th ưng óng 19
Giáo Trình H Th ng C in T Khi ưc tác ng Ví d v nguyên t c tác ng theo hành trình c a công t c hành trình in c hình Hình 5.31: Công t c hành trình in c Hình 5.32 trình bày m t h th ng v i m t xilanh kép iu khi n b ng in khí nén. M ch s dng hai công t c hành trình in c (1S1 và 1S2) Hình 5.32: H th ng xilanh kép iu khi n b ng in khí nén a. Công t c hành trình t ti m c n (Magnetic proximity switch), (hình 5.33) 20
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.33: Công t c hành trình t ti m c n B ti p im ưc làm bng v t li u s t t (Fe – Ni) và ưc t trong ng ch a khí tr . Khi ti m c n v i t tr ưng c a nam châm v nh c u (ho c nam châm in), các ti p im ưc t hóa và hút nhau (ti p xúc) cho dòng in có th ch y qua. V trí l p t th ưng g p (hình 5.34) Hình 5.34: V trí l p Hình 5.35 mô t cách bi u di n công t c hành trình t ti m c n trên ký hi u c a xilanh ( 1B1; 1B2) và cách n i công t c trong m ch in iu khi n h th ng. Các r le in t KB1, KB2 óng vai trò trung gian mang thông tin v tr ng thái c a công t c 1B1, 1B2 t ư ng ng. 21
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.35: S kt n i công t c hành trình t ti m c n Ví d công t c in t ti m c n Cm bi n ti n c n (proximity sensors) sensor Hình 5.36: Ví d v v trí làm vi c c a c m bi n ti m c n và s mch in 22
Giáo Trình H Th ng C in T b. Cm bi n ti m c n c m ng t (inductive proximity sensor) Hình 5.37: C m bi n ti m c n c m ng t Nguyên lý ho t ng và ký hi u trên s mch in c a c m bi n c m ng t . Các c tr ưng c b n c a m t c m bi n c m ng t : - i t ưng phát hi n: Kim lo i s t t . - Kho ng cách phát hi n: 0,8 – 10mm, ( lo i có nh y cao nh t - max 250mm) • in áp cung c p: 10-30 VDC • Dòng in cung c p ra t i: 75 - 400mA Nguyên lý ho t ng: Khi v t th bng kim lo i ưc ư a vào vùng tác d ng c a sensor, dòng in xoáy xu t hi n trong v t th , nó làm suy gi m n ng l ưng c a b to dao ng(Oscillator). iu ó d n n s thay i dòng in tiêu th ca sensor. Nh ư v y, hai tr ng thái: suy gi m và không suy gi m dòng in tiêu th ca sensor d n n chuy n trng thái “có” hay “không” b ng m c xung in áp ra. Xem s nguyên lý m ch in t ca c m bi n c m ng t (hình 5.38) 23
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.38: S nguyên lý c a c m bi n c m ng t c. Cm bi n ti m c n in dung (capacitive proximity sensor) Hình 5.39: Ký hi u và s nguyên lý Nguyên lý làm vi c (hình 5.39): Cm bi n in dung phát hi n ưc các v t th làm b ng v t li u b t k (kim lo i, á, g , n ưc ). Khi v t th ưc d n vào vùng tác d ng c a c m bi n, in dung c a m t t in ( ưc hình thành b i v t th và b n c c c a c m bi n) thay i. 24
Giáo Trình H Th ng C in T in dung này tham gia trong m t m ch c ng h ưng RC c a c m bi n. Trang thái cng h ưng thay i d n n thay i dòng in tiêu th ca c m bi n và t ư ng ng vi “có” hay “ không có” v t th trong vùng phát hi n c a cm bi n. Cm bi n ti m c n quang (optical proximity sensor) Hình 5.40: Ký hi u và s nguyên lý Nguyên lý làm vi c: B ph n phát s phát i tia h ng ngo i b ng diot phát quang, khi g p v t ch n, tia h ng ngo i s ph n h i l i b ph n nh n, nh ư v y b ph n nh n, tia h ng ngo i ph n h i là tín hi u kích thích t o nên tín hi u ra. Tùy theo cách thi t l p v trí c a b ph n phát và b ph n nh n, ng ưi ta chia cm bi n quang thành hai lo i chính. Cm bi n quang ph n h i 25
Giáo Trình H Th ng C in T Cm bi n quang 1 chi u B chuy n i tín hi u khí nén – tín hi u in Khi áp su t khí nén vào c a 14 v ưt giá tr t, b ti p im chuy n m ch chuy n tr ng thái m ch in. M ch ng dung (hình 5.41), ti p im c a b chuy n i này ưc g i vào m ch in nh ư hình v 26
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.41: B chuy n i áp su t – in v n n ng 1.4 Ph n t x lý tín hi u. Các ph n t x lí tín hi u ưc dùng trong h iu khi n in- khí nén r t a dng, ví d nh ư các m ch in t , máy tính s tuy nhiên trong nhi u tr ưng h p n gi n chúng ta dùng R le in t (Relay). R le in t : Nguyên lý c u t o c a r le Ký hi u 27
Giáo Trình H Th ng C in T 5.42: S nguyên lý c a r le 1.5 Rơ le th i gian. Rle th i gian còn g i là các b nh th i (Timer) th c hi n b ng khí nén ã ưc trình bày ch ư ng 3. Trong c u trúc h iu khi n bng in- khí nén, ng ưi ta có th s dng các timer th c hi n b ng in t , in t hay k t h p các linh ki n in t vi r le in t , d ưi ây trình bày hai ki u r le th i gian lo i này: Hình 5.43 là r le tr óng (delay on) Hình 5.43: Bi u di n r le tr óng (delay on) Hình 5.44: Bi u di n r le tr ng t (delay off) 1.6 Ngu n cung c p. Trong th c t , ph n l n các ph n t in- khí nén trong h th ng ưc ch to vi ngu n cung c p là ngu n m t chi u có in áp 24V (hình 5.45) 28
Giáo Trình H Th ng C in T Hình 5.45: Ngu n cung c p 1.7 Mt s c u trúc iu khi n in – khí nén. a. Cách bi u di n s ơ h th ng (hình 5.46) Hình 5.46: H th ng iu khi n in khí nén Hình 5.46 mô t s h th ng iu khi n in – khí nén. Trong ó, ph n m ch lc khí nén: th ưng bao g m m ch cung c p, o chi u và kh ng ch lưu l ưng khí nén cho c c u ch p hành, ưc thi t k tư ng t nh ư h th ng iu khi n b ng khí nén. Còn i v i m ch iu khi n ưc quy ưc v t trên xu ng theo th t: l p ư a tín hi u vào; l p x lý tín hi u và d ưi cùng là l p tín hi u ra ( các cu n dây in t ca van o chi u). III CÁC BÀI T P NG D NG. Bài t p 1: Thi t k h th ng iu khi n in khí nén theo yêu c u cho theo bi u hành trình b ưc (hình v bên). H th ng có th iu khi n b ng tay M (manual) ho c iu 29
Giáo Trình H Th ng C in T khi n t ng (Automation). Giá tr áp su t c n iu ch nh và th i gian t tùy ch n theo yêu c u công ngh . Tùy ý l a ch n c u trúc iu khi n. Hình 5.47: S hành trình b ưc Bài t p 2: Thi t b Phân ph i phôi v t li u, s công ngh và bi u hành trình b ưc cho trên hình v Hình 5.48: Mô t công ngh và bi u tr ng thái H iu ki n: + Th i gian t1 ưc hi u ch nh cho hai kh i v t li u l n qua vùng ch n; th i gian t2 ưc hi u ch nh theo yêu c u v kích th ưc và s lưng phôi c n c p. + Các iu ki n khác ưc mô t trên bi u hành trình b ưc. + Có th làm vi c t ng nhi u chu trình khi dùng m t công t c + T c ra vào c a các piston c n ưc iu ch nh nh ư nhau. Nhi m v : 30
Giáo Trình H Th ng C in T * Thi t k h th ng iu khi n b ng in- khí nén ( Tìm ra c u trúc iu khi n phù h p nh t) Lp b ng kê các ph n t c s dng trong s : Ph n t Chú gi i Bài t p 4: Thi t b np phôi cho máy c t laser mô t trên hình v . Chi ti t c n gia công ưc t vào giá k p ph i h p b i các xilanh 2A, 1A và ưc ư a vào v trí gia công. Th i gian t2 c n cho gia công, khi gia công xong, 1A rút v - chi ti t ưc v n chuy n ra kh i v trí gia công b i m t khâu khác. Khi 1A ã rút v v trí ban u, 2A s ưc ư a ra v trí s n sàng. S dng các công t c t tr ưng không ti m c n g n trên xilanh, Thi t k h th ng in- Khí nén (tùy ch n c u trúc iu khi n) Lp b ng kê các ph n t c s dng trong s : Ph n t Chú gi i Hình 5.49 : Mô t công ngh và s hành trình b ưc 31