Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 1 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 2 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ Mục đích Cung cấp cho sinh viên các kiến thức về nguyên lý cấu tạo, hoạt động, ứng dụng của các phần tử điều khiển, thực hiện trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực, khí nén Cung cấp cho sinh viên các kỹ năng về phân tích, thiết kế các mạch điều khiển bằng thủy lực, khí nén Yêu cầu Để đạt các mục đích trên, cần thực hiện các yêu cầu sa.
Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ Mục đích: - Cung cấp cho sinh viên kiến thức nguyên lý cấu tạo, hoạt động, ứng dụng phần tử điều khiển, thực hệ thống điều khiển thủy lực, khí nén - Cung cấp cho sinh viên kỹ phân tích, thiết kế mạch điều khiển thủy lực, khí nén Yêu cầu: Để đạt mục đích trên, cần thực yêu cầu sau: - Đáp ứng mục tiêu đào tạo trường đại học đặc điểm sinh viên Đảm bảo tính sư phạm: Trình bày rõ ràng, logic; sau chương có tóm tắt, câu hỏi ơn tập tài liệu tham khảo tương ứng PHẦN I: KHÍ NÉN Chương Khái niệm chung hệ thống khí nén 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Khái niệm chung Ưu điểm hệ thống vận hành khí nén Nhược điểm hệ thống vận hành khí nén So sánh hệ thống khí nén với hệ thống thủy lực Ứng dụng khí nén 1.5.1 Trong lĩnh vực điều khiển 1.5.2 Hệ thống truyền động 1.6 Các đơn vị đo hệ thống khí nén 1.6.1 Áp suất 1.6.2 Lực 1.6.3 Công Chương Nguồn cung cấp khí nén 2.1 Nguyên lý chung 2.2 Máy nén khí 2.2.1 Máy nén tịnh tiến 2.2.2 Máy nén cánh quay 2.2.3 Máy nén trục vít 2.3 Xử lý khí nén 2.3.1 Bộ lọc khí Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 2.3.2 Bộ điều chỉnh áp suất 2.3.3 Bộ bơi trơn khí 2.3.4 Bộ xử lý khí nén FRL 2.4 Hệ thống phân phối khí nén 2.4.1 Yêu cầuchung 2.4.2 Bình trích chức khí nén 2.4.3 Mạng đường ống dẫn khí nén Chương Hoạt động ứng dụng phần tử khí 3.1 Xy-lanh 3.1.1 Xy-lanh tác động đơn 3.1.2 Xy-lanh tác động kép 3.1.3 Xy-lanh khơng có cần piston 3.2 Động khí nén 3.2.1 Động piston 3.2.2 Động cánh gạt 3.2.3 Động bánh 3.2.4 Động tuốc-bin 3.3 Điều khiển xy-lanh tác động đơn 3.4 Điều khiển xy-lanh tác động kép 3.4.1 Điều khiển xy-lanh tác động kép van cửa 3.4.2 Van điều khiển khí 3.4.3 Điều khiển xy-lanh vị trí 3.4.4 Điều khiển đồng thời xy-lanh 3.4.5 Đồng xy-lanh 3.5 Lực tốc độ tạo xy-lanh 3.5.1 Lực tác động hành trình xy-lanh 3.5.2 Lực tác động hành trình vào xy-lanh 3.5.3 Công thực xy-lanh 3.5.4 Tính tốn đường kính xy-lanh 3.5.5 Lực tạo khí xả 3.5.6 Tốc độ piston 3.6 Lượng khí tiêu thụ xy-lanh 3.6.1 Với xy-lanh tác động đơn 3.6.2 Với xy-lanh tác động kép 3.7 Điều khiển tốc độ piston 3.7.1 Bộ điều chỉnh lưu lượng 3.7.2 Bộ giới hạn lưu lượng 3.8 Mạch trễ thời gian 3.9 Mạch xung 3.10 Khí mạch nhạy cảm áp suất Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 3.10.1 Van nhạy cảm áp suất 3.10.2 Mạch khí 3.10.3 Mạch nhạy cảm áp suất Chương Mạch điều khiển 4.1 Điều khiển tự động 4.1.1 Điều khiển bán tự động 4.1.2 Khóa liên động 4.1.3 Xy-lanh dao động tự động 4.1.4 Mạch tự động điều khiển tốc độ phần hành trình 4.1.5 Mạch trễ tự động 4.1.6 Mạch tự động nhạy cảm áp suất 4.2 Điều khiển chuỗi 4.2.1 Mạch chuỗi có trễ thời gian 4.2.2 Mạch chuỗi nhiều xy-lanh 4.2.3 Mạch chuỗi ngược 4.2.4 Mạch chuỗi không khả thi 4.2.5 Tín hiệu xung 4.3 Điềukhiển phân nhóm nối tiếp chuỗi 4.3.1 Mạch nối tiếp nhóm, xy-lanh 4.3.2 Mạch nối tiếp nhóm, xy-lanh 4.3.3 Mạch nối tiếp nhiều nhóm 4.3.4 Thiết kế mạch nối tiếp nhiều nhóm 4.3.5 Biểu đồ chuỗi Chương Các phần tử mạch logic khí 5.1 Một số hàm logic 5.1.1 Hàm AND 5.1.2 Hàm OR 5.1.3 Hàm NOT 5.1.4 Hàm NAND 5.1.5 Hàm NOR 5.1.6 Hàm có nhớ 5.1.7 Hàm có nhớ giới hạn 5.1.8 Hàm có nhớ vô hạn 5.2 Số nhị phân 5.3 Đại số Boole 5.4 Các phần tử logic khí ứng dụng đại số Boole 5.5 Một số ví dụ phương trình điều khiển 5.6 Sử dụng bảng Karnaugh-Veitch để thiết kế mạch khí 5.6.1 Biểu đồ Karnaugh-Veitch 5.6.2 Thiết kế mạch khí với biểu đồ K-V Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 5.7 Một số tốn điều khiển đơn giản Chương Điều khiển điện mạch khí 6.1 Khái quát chung 6.2 Van điện từ 6.2.1 Cơ cấu nam châm 6.2.2 Cấu tạo van điện từ 6.3 Cơng tắc hành trình 6.4 Công tắc tiếp điểm 6.5 Rơ-le điện từ 6.6 Các phương thức chuyển mạch 6.7 Mạch điện khí 6.8 Các ví dụ sơ đồ điện khí đơn giản PHẦN II: THỦY LỰC Chương Khái niệm chung hệ thống thủy lục 1.1 1.2 1.3 1.4 Khái niệm chung hệ thống thủy lực Ưu nhược điểm hệ thống thủy lực Cấu trúc chung hệ thống thủy lực Các đặc tính dầu thủy lực Chương Nguồn thủy lực hệ thống phân phối thủy lực 2.1 Bơm thủy lực 2.1.1 Bơm bánh 2.1.2 Bơm cánh gạt 2.1.3 Bơm trục vít 2.1.4 Bơm piston hướng trục 2.1.5 Bơm piston hướng kính 2.1.6 Bơm lăn ống mềm 2.1.7 Bơm màng 2.2 Đường ống thủy lực co nối 2.3 Két chứa dầu 2.4 Bộ lọc dầu 2.5 Bộ làm mát dầu 2.6 Bộ sấy dầu Chương Các phần tử điều khiển hệ thống thủy lực 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Van chiều 3.2.1 Van chiều Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 3.2.2 Van chiều có điều khiển 3.2.3 Van chiều kép có điều khiển 3.3 Van điều khiển hướng 3.3.1 Van điều khiển hướng 2/2 3.3.2 Van điều khiển hướng 3/2 3.3.3 Van điều khiển hướng 4/2 3.3.4 Van điều khiển hướng 4/3 3.3.5 Van thoi 3.3.6 Các phương thức tác động van điều khiển hướng 3.4 Van điều khiển áp suất 3.4.1 Van tràn/van an toàn 3.4.2 Van giảm áp 3.4.3 Van không tải 3.4.4 Van chuỗi 3.4.5 Van đối trọng 3.5 Van điều khiển lưu lượng 3.5.1 Van điều chỉnh lưu lượng không bù áp suất 3.5.1 Van điều chỉnh lưu lượng có bù áp suất 3.6 Van điều chỉnh 3.6.1 Van điều chỉnh thủy lực kiểu khí 3.6.2 Van điều chỉnh thủy lực kiểu điện 3.7 Cầu chì thủy lực 3.8 Chuyển mạch áp suất 3.8.1 Loại màng 3.8.2 Loại ống Bourdon 3.8.3 Loại piston kín 3.8.4 Loại kết hợp piston kín-màng 3.9 Chuyển mạch nhiệt độ 3.10 Thiết bị giảm chấn thủy lực 3.11 Phao mức chất lỏng Chương Các phần tử thực hệ thống thủy lực 4.1 Khái niệm chung 4.2 Xy-lanh thủy lực 4.2.1 Xy-lanh tác động đơn 4.2.2 Xy-lanh tác động kép 4.2.3 Xy-lanh đặc biệt 4.2.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động chung xy-lanh thủy lực 4.3 Động thủy lực 4.3.1 Động bánh 4.3.2 Động cánh gạt Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 4.3.3 Động piston Chương Phân tích thiết kế mạch thủy lực 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 Khái niệm chung Điều khiển xy-lanh tác động đơn Điều khiển xy-lanh tác động kép Mạch hồi tiếp Mạch không tải bơm Hệ thống bơm Mạch khuếch đại áp suất Mạch giữ thăng xy-lanh Mạch chuỗi xy-lanh thủy lực Mạch tịnh tiến xy-lanh Mạch khóa xy-lanh cách sử dụng van chiều có điều khiển Mạch đồng hai xy-lanh Các mạch bảo vệ Điều khiển tốc độ động thủy lực Hãm động thủy lực Mạch chuyển đổi khí - thủy Hệ thống khuếch đại khí - thủy Chương Điều khiển logic thủy lực 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 Khái niệm chung Các MPL hệ thống điều khiển Cơ sở điều khiển logic FD Các thiết bị thủy lực Cung cấp khí cho mạch thủy lực Mạch logic thủy lực Điều khiển logic hệ thống thủy lực Tài liệu tham khảo Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí PHẦN I KHÍ NÉN Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí CHƯƠNG1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN Mục đích, u cầu: Trang bị cho sinh viên kiến thức chung hệ thống khí nén, so sánh với hệ thống điều khiển khác (0,5.0.1,5) 1.1 1.2 Khái niệm chung - Hệ thống khí nén hệ thống mà thiết bị khí hoạt động nhờ tác động khí nén Bằng việc nén khí, lượng khí tích lũy để cung cấp cho hệ thống khí - Các thiết bị khí chuyển động tịnh tiến chuyển động quay: Các thiết bị khí chuyển động tịnh tiến hệ thống đóng mở cửa tự động xe bus tàu hỏa, … Các thiết bị chuyển động quay máy khoan, máy đánh bóng kim loại vận hành khí nén, … - Việc sử dụng khí nén cho phép giảm giá thành lắp đặt bảo dưỡng hệ thống - Hệ thống khí nén với áp suất thấp sử dụng rộng rãi lĩnh vực tự động hóa máy sản xuất, ngành công nghiệp khác ngày sử dụng để điều khiển q trình cơng nghiệp nhờ đặc tính chống nổ dễ bảo trì sữa chữa Khí nén đóng vai trò quan trọng điều khiển tự động Ưu điểm hệ thống vận hành khí nén - Về tính khả thi: khí nén sử dụng rộng rãi công nghiệp cho ứng dụng khác từ việc khoan, mài sơn phun, … Ngày nay, xí nghiệp cơng nghiệp trang bị hệ thống khí nén để cung cấp khí cho máy cơng cụ - Khí lấy dễ dàng từ khơng khí xả môi trường xung quanh, nghĩa hệ thống không cần đường hồi Đây ưu điểm lớn hệ thống khí so với hệ thống thuỷ lực: yêu cầu phải có đường hồi phải có biện pháp chống rị rỉ chất lỏng - Về độ tin cậy: thiết bị khí làm việc tin cậy thiết bị điện điện tử - Khả thích nghi: tham gia vào q trình tự động hóa, … - Có thể hoạt động điều kiện mơi trường khơng thuận tiện: phần tử khí khơng bị ảnh hưởng bụi, khơng bị mài mịn hệ thống điện thủy lực, Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí hệ thống khí có khả chịu rung động hoạt động an tồn mơi trường dễ cháy nổ, … đặc biệt thích hợp nhà máy hóa chất, … 1.3 1.4 - Tính an tồn cao: Máy nén khí hoạt động với độ an toàn cao so với máy phát điện bơm thủy lực - Trong chuyển động tịnh tiến: nhiều trình tự động liên quan đến chuyển động tịnh tiến có chu kỳ, thiết bị điện, chuyển động tịnh tiến biên độ 50mm khó thực với thiết bị khí thực chuyển động tịnh tiến tới 3m - Về u cầu thay đổi tốc độ: mạch khí dễ dàng dùng để thay đổi tốc độ - Về tính kinh tế: hệ thống khí có chi phí lắp đặt bảo dưỡng thấp Nhược điểm hệ thống vận hành khí nén - Sự nhiệt khí bị nén vấn đề cần quan tâm khí nén cần làm lạnh - Những động khí chuyển động quay (được sử dụng máy nâng, máy trộn, máy mài, …) có hiệu suất thấp (khoảng 20%) so với động điện (khoảng 90%) Tuy nhiên, động khí bền đạt tốc độ cao (như máy khoan dùng nha khoa, máy đánh bóng kim loại, …) - Có thể thiết kế hệ thống điều khiển dùng hồn tồn thiết bị khí nhiên cơng nghiệp thường sử dụng thiết bị khí kết hợp với thiết bị khác điện hoăc điện tử So sánh hệ thống khí nén với hệ thống thủy lực Công chất dùng hệ thống khí nén khí, cịn hệ thống thủy lực dầu thủy lực Vì đặc tính khác hai công chất tạo nên khác hai hệ thống Sau điểm khác hai hệ thống Khí gas có khả nén, cịn dầu thủy lực khơng Khí khơng có thuộc tính bơi trơn cịn bao gồm nước, bơi trơn chức dầu thủy lực Áp suất làm việc bình thường khí thấp nhiều so với áp suất làm việc dầu thủy lực Cơng suất hệ thống khí nhỏ nhiều so với hệ thống thủy lực Độ xác cấu thực khí thấp hoạt động tốc độ thấp, dầu thỏa mãn tốc độ Sự rị rỉ lượng khí định ngồi chấp nhận rò rỉ bên thân hệ thống khơng thể chấp nhận sai khác áp suất hệ thống khí nhỏ Trong đó, với hệ thống thủy lực rò rỉ lượng 10 Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí chế gây áp suất thấp mặt vịi cơng suất Điều tạo bọt áp suất thấp gần vòi Bọt áp suất thấp làm cho dịng khí trở nên ổn định trì chạm trạng thái chạm vào thành Hình 6.16 Hiệu ứng Coanda Để có thiết bị điều khiển thực tế hiệu ứng Coanda này, cần phải thiết lập phương pháp tin cậy để điều khiển xác tượng tiếp thành Điều thực cách tạo cửa điều khiển vào vùng giới hạn Như vẽ hình C hình 6.16, cửa điều khiển cho phép chọn thành để luồng khí chạm vào Khi luồng khí nạp vào gặp bọt qua cửa điều khiển, bọt áp suất thấp bị phá hủy Điều làm cho vịi cơng suất chuyển sang tiếp thành đối diện Tia trì tín hiệu khí nạp vào để phá hủy bọt áp suất thấp Khi điều thực hiện, thiết bị chuyển mạch ngược lại Các phần tử gọi thiết bị số tín hiệu ON hoàn toàn hay OFF hoàn toàn Với hiệu ứng này, khơng có đầu mức trung gian Do đó, hệ thống số có thiết bị có hai trạng thái cửa ON OFF chuyển mạch nhanh từ trạng thái sang trạng thái khác nhờ tín hiệu điều khiển cấp đến đầu vào chúng Tín hiệu điều khiển coi ON mức cao đủ để đảm bảo chuyển mạch cho thiết bị số Tương tự tín hiệu xem OFF mức thứ hai đủ thấp phép thiết bị chuyển mạch ngược lại vị trí ban đầu Tín hiệu hai mức khơng xác định phải tránh Sự chuyển đổi từ trạng thái sang trạng thái khác thực nhanh tốt Ngược lại hệ thống điều khiển tương tự hệ thống mà tín hiệu lấy giá trị liên tục phạm vi Do đó, tín hiệu thiết bị điều khiển tương tự có lấy giá trị phạm vi đầu Hầu hết thiết bị điều khiển logic thủy lực loại số hoạt động dựa nguyên lý tiếp thành hay hiệu ứng Coanda Hiệu ứng Coanda giải thích đổi hướng luồng nước từ vòi đưa ngón tay gần vịi nước, hình 6.17a; sau di chuyển ngón tay bạn dịng nước Khi ngón tay bạn tiếp xúc với dịng nước Nước tiếp xúc với thành, trường hợp 228 Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí ngón tay bạn (xem hình 6.17b) Bọt áp suất thấp giữ trạng thái dòng chảy bạn di chuyển tay Hình 6.17 6.4 Minh họa đơn giản hiệu ứng Coanda Các thiết bị thủy lực Trong mục khảo sát hoạt động thiết bị thủy lực sau: FLIP- FLOP, OR/NOR, EXCLUSIVE OR, AND/NAND Hình 6.18 Hoạt động flip-flop hai trạng thái ổn định Một thiết bị điều khiển số có hai trạng thái ổn định thiết lập thêm vào thiết bị chạm thành chúng rẽ mạch khí Như giới thiệu hình D hình 6.18 Điều cho phép đảm bảo hai cửa điều khiển có dịng cơng suất Thiết bị có hai trạng thái ổn định hay gọi thiết bị chạm thành FLIP-FLOP Bọt ngăn cách tạo chênh lệch áp suất trì trạng thái ổn định thiết bị Yêu cầu tốc độ dòng chảy cực tiểu định để trì ổn định phù hợp Tuy nhiên, để sử dụng hai cửa ra, tốc độ phải giới hạn để tạo áp suất hồi phù hợp Như vậy, với giới hạn dịng chảy có tốc độ thấp giá trị cực tiểu có dịng chạm thành ổn định Đặc tính u cầu có thiết bị gọi thiết bị nhạy 229 Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí cảm tải tín hiệu h có thhể chuyển từ cửa mon ng muốn saang cửa thứ ứ tải cản trở dòng d chảy r từ cửa raa mong muuốn Đây làà đặc tính kkhơng thể chấp c nhận đ thiếtt bị bảản khơngg ổn định Hìnhh vẽ E hình 6.18 minh m họa ự thay đổi thiết kế FLIP - FLO OP để loại bỏ vấn đề nhạy n cảm tảải Chú ý thêêm vào hai cửa thoát đầu Trrong trường g hợp này, dòng d bị hạạn chế khơnng đáng kể, tốc độ dịnng chảy quaa lỗ ccó thể làm giảm g áp suấất đủ phép dòng chảy qua lỗ ỗ Khhi cửa bị hạn chế, dịịng khí qua q cửa thoốt Khi cửa bị khóa hồn tồn, lưu lượng qua cửaa đủ để đ trì trạng t thái ổn ổ định Kết lưu lượ ợng cửa không chuuyển mạch sang s cửa raa khác Hìn nh F hìnnh 6.18 làà flip- flop bao gồồm đỉnhh (cusp) trêên phần ngăăn cách (spllitter), đỉnh có tác dụng d tăng tíính ổn địnhh Đỉnh nàyy có xu hướn ng tăng áp suất bên troong phía áp suất cao dịng cơơng suất Một flip-flop cung c cấp m chức nănng nhớ tronng hệ thốngg điều khiểển chất lỏngg Điều thấyy thơng quaa ký hiệu v bảng thực fflip-flop nh hư vẽ hình 6.199 Bảng thật t cho ta hoạt h động ccủa thiết bị Số tươngg ứng OFF số tươngg ứng ON tất thiếết bị Do đóó, tín hiệu điều khiiển C ON N tín hiệu điều khiểển C OFF đầu r O Saau C chuyển ssang OFF t tín hiệu O giữ nguyên n trạnng thái ban đầu C 0 Hình h 6.19 C 0 O 1 0 O 0 1 Kýý hiệu flip-fflop bảngg thật Nếu C chuyển sang ON t flip-flopp chuyểnn sang đầu r O , tín t hiệu C đầu O đ trrì Do đó, fflip-flop có hai trạng thhái ổn địnhh tất tín hiệu u điều khiểnn OFF Tuy nhiênn, tronng hai trạngg thái ổn địịnh có thhể đốn trướ ớc, flipp-flop m thiết bị hhai trạng thái xác lập T Tuy nhiên cần c ý rằằng flip flop cấp c nguồn áp suất Ps ((khơng có tíín hiệu điềuu khiển ON), cử ửa khơnng xác địnhh Ngồi ra, hai tín hiệu điều khiển k C vàà C khônng ON N đồng thời Một flip-flop có c thể có nh hiều haai cửa điều khiển, ký hiệu đ hìnnh 6.19 Tronng thiết kế cửa C C thự ực cùnng chức năăng với C v C Với chuyển mạch dương th hì áp suất tíín hiệu điềuu khiển tối thiểu 10% % áp suất ng guồn cấp P khônng vượt quáá 30% P Áp Á suất nguuồn nằm giữ ữa 10 ppsi Tronng số ứng ứ dụng, cần c có mộtt cửa riêng biệt khii nguồn cấpp ON tấất tín hiệu u điều khiển n OFF Đối Đ với ứng dụng này, flip-floop với ưu tiên t kích khhởi Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí hìnhh vẽ 6.20 đư ược sử dụng (chú ý cóó dấu + tronng ký hiệu)) Khi tất cảả tín hiệu điều khiểển OFF đầu đ ON t O OF FF O C 0 H Hình 6.20 C 0 O 0 1 O 1 0 Ký hiệu bảng ự thật fliip-flop ưu tiên t Flip flop ưu tiêên có nhiều hơ ơn hai cửa điều đ khiển Lúc này, C C thự ực C C Dấu D “+” choo biết O đư ược ưu tiên h O Flip flop SRT có c ức flip-flop c bản, ngooại trừ cóó thể chuyển mạch bằngg cách cấp tín t hiệu điều khiển tới cửa triger S R đại diện cho SET S RES SET, thựcc c tín hiệu điều khiểnn thông thườ ờng T đại ddiện cho trigger, khí k nén đượcc cấp đến, n chuyển mạch m đầu raa Hình 6.21 ký hiệuu bảng ự thật fl flip-flop SRT T Thiết bị n sử dụng trongg đếm m nhị phânn Hình 6.21 T S R 0 0 1 0 0 0 0 0 0 O 1 0 1 0 O 0 1 0 1 Ký hiệuu bảng thật fflip-flop SR RT Một hàm hai trrạng thái ổn n định fflip-flop kh hông cung ccấp tất chức nănng điều khiểển yêu cầu hệ thhống hoàn chỉnh Mộtt hàm ổn định đ trrạng thái (đđơn ổn) cũngg cần th hiết Hai thiiết bị đơn ổn ổ l cổng OR R/NOR AND/NAN A ND Hai thiếtt bị c giốnng FD đơn ổn có ngõ n vào khác Bảng vẽẽ G hìnhh 6.22 minh h họa hoạt động thhiết bị đơn n ổn Quan sát tươn ng tự thiết bị đơn ổn 6.22 (G G) 6.18 (E E) Sự khácc giữaa chúng sau: flip-fflop đối xứng x để tạo r thiếết bị có haii trạng thái ổn định (nnhớ) Tuy nhiên, n thiếtt bị đơn ổnn khơng hồnn tồn đối xứng x Chú ý vvịi phun ơng suất nàyy nghiêêng chân c lỗ th hoát khác k Kết quuả thiết bbị đơn ổn trông t giốngg bàn b chân Tín T hiệu điều u khiển chhuyển dịngg cơng suất,, tín hiệu điều kkhiển phải đ trìì để giữ Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí chuyyển đổi y Khi tín hiiệu điều khiiển làm m cho thiết bbị chuyển đổi đ trạng thái cố hữu Một lối vào đặcc biệt đượcc đưa vào thhiết bị đơn ổn để đ tạo thiếtt bị OR/NO OR, minh m họa hình 6.22 (H) Một tín t hiệu vàoo đư ược cấp đếnn cử ửa điều khiểển tổ hợp để chuy yển mạch thhiết bị Ví dụ d tín hiệu h cấp đến cửa qu ua khe hẹp v xuất lối vào điều khiểnn thiết bị b đơn ổn Tín T hiệu cử ửa cũ ũng làm giống vậậy Do đó, kỳ tín hiệu điều khiển k c chuyyển đổi thiếết bị, tổ hợ ợp tín hiệu Một M khe nhỏỏ đườnng vào đượ ợc thơng ngồi n mơi ttrường khí q Vớii cách này, tín t hiệu khơng thể rị r qua hoặặc 4, ngư ược lại Hình 6.22 Hoạạt động củaa thiết bị ơn ổn OR/NOR AND D/NAND Hìnhh 6.23 vẽ m cổng OR R/NOR thự ực tế với v ký hiệu bảng ự thật nnó Mặc dù trrong bảng s thật cho ta có tín t hiệu điềuu khiển C vvà C , thực thiết bị có hai cửa c điều kh hiển C C thêm vàoo Tín hiệu điều khiển vào cửa nàào k tổ hợp n cửa điều khhiển đềều tác độngg đến thiết bị b để chuyển mạch đầu O với tất t tín hiệệu điều khiểển OFF đầu u tự độộng O Chú ý cổnng NOR có nghĩa N NOT OR Do o đó, 01 đầu 02 thơnng (xem hìnhh 6.25) thiết t bị OR O ngược llại NOR R Đặc biệt, cổng OR l cổngg có đầu nếuu C C C h C hoặặc ssự tổ hợp c tất tín t hiệu điều u khiển ON O C 1 Hìn nh 6.23 C 0 1 O 1 O 0 C Cổng OR/N NOR với kýý hiệu bảảng thật c Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí Hoạt động cổng AND D/NAND đư ược minh họa h hình 116 (I) Tín hiệu h vào nàày khác cộngg OR/NOR Trong trư ường hợp nàày cổng AN ND/NAND, tín hiệu điều đ khiển cấp c đến cấp đến cửa s thẳng ngồi m mơi trường Tuy nhiên, tín hiiệu điều khiiển đưa vào hai cửa v 3, cắt c tạii điểm Sự tương ttác làm lệch hư ướng lối vào điều khiển phần tử đơn ổn D Do đó, haai tín hiệu đđiều khiển phải p ON để chuyển đổi cổng c AND//NAND Hìnhh 6.24 cho ta t thấy cổng g AND/NA AND thực tếế với ký hiệu bảng s thật n C 1 Hình h 6.24 C 0 1 O 0 O 1 1 Cổ AND/N NAND với ký k hiệu bbảng thậật Tươ ơng tự cơngg NAND cóó nghĩa N NOT AND D Do đó, nnếu 01 đầầu 022 thơng (xem m hình 6.24 4) thiết bị b AND, vvà ngược lạại NAND D Đặc biệt cổng AND D cổngg có mộtt đầu duyy C tín hiệệu điều khiểển C ON N Một cổng hoặcc loại trừ cổngg có đầu đ C C h C hoặcc C ON (nhưng khơng có tổ hợp tín hiệệu điều khiển) Như đ minh họa hình 6.233a cổn ng loạại trừ thiết lập bằằng cách chho vào mộtt tia tác độngg vào cửa điều đ khiển c cổng O OR Ký hiệuu bảng ự thật cho hình 6.233b Nếu C v C ON, O tươnng tác cchúng thhốt ngồài khí đầu raa khơng đến cửa điều khhiển cổng OR Nếuu C C ON, đầu từ mộột tia tương tác tồn v trở thành tín hiệu điềều khiển cổổng OR Hình 6.25 Hoạtt động cổng c Excluusive “OR” Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 6.5 Cung cấp khí cho mạch thủy lực Một nguổn khí cần thiết để giảm hoạt động hỏng hóc hệ thống thủy lực Sự hỏng hóc làm tắt nghẽn lối hệ thống thủy lực Ví dụ, thiết bị chạm thành dẫn lưu lượng qua lỗ nhỏ đường kính 0.020 in Nếu khí qua ẩm ướt dầu, chúng tích tụ thành hạt rắn nhỏ lối trở nên tắc Để tránh điều này, nguồn khí phải xử lý trước đưa vào thiết bị điều khiển Một hệ thống xử lý khí thủy lực bao gồm phần tử sau: Bộ lọc: Mục đích lọc loại bỏ tất chất rắn nước để kéo dài tuổi thọ làm việc hệ thống Bộ lọc lọc phần tử nhỏ micron (0.000005m 0.0002 in) Bộ lọc loại bỏ hạt rắn lỏng có kích cỡ micron Do đó, hạt có kích cỡ nhỏ khơng thể tích tụ thành khối lớn bên phận thủy lực Sấy khô: Sấy khô lắp đặt trong ống phía sau lọc liên kết Mục đích sấy khô giảm nước đến giá trị nhỏ 80% độ ẩm khơng khí Ở mức này, nước khơng ngưng tụ ngồi khơng khí nhiệt độ tụt xuống Bộ lọc dầu: Bộ lọc lắp sau sấy khô Để giảm độ ẩm dầu ngăn chăn dầu không bị ngưng tụ phận thủy lực Hiệu chỉnh áp suất: Sau tất phận lọc sấy khơ hồn thành, hiệu chỉnh áp suất giảm áp suất khí xuống phạm vi mong muốn từ 0.5 đến 10 psi phù hợp với hoạt động hệ thống thủy lực Két chứa: nơi sạch, khí khơ lưu trử để sử dụng hệ thống thủy lực 6.6 Mạch logic thủy lực Trước tiên ngiên cứu làm thủy lực sử dụng hệ thống thủy lực, số mạch logic thủy lực trình bày Chúng bao gồm đếm nhị phân dao động đa hài Hình 6.26 mạch thủy lực bao gồm đếm nhị phân dùng để đếm số chi tiết qua băng chuyền Hệ thống bao gồm flip-flop SRT đồng hồ báo thủy lực, tia ngắt cổng OR/NOR Mỗi thị có hai bít (trạng thái ON) bít (trạng thái OFF) Tất trạng thái ban đầu OFF, tương ứng với mã nhị phân 000 số thập phân bảng trạng thái Khi chi tiết cắt qua tia, đầu cổng OR/NOR gởi tín hiệu đến cổng triger flip-flop (3) Tín hiệu chuyển flip-flop (3) lên ON cho mã nhị phân 001, hệ thập phân Khi phận thứ hai cắt qua tia SRT flip-flop (3) chuyển mạch ngược lại Chuyển mạch làm cho thị OFF làm cho flip-flop SRT trở nên ON Điều làm cho bít đếm nhị phận 010, tương ứng với số thập phân Khi có flip-flop SRT 234 Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí nhấtt, mạch y cho ta bít b đếm nhị phận đóó có thểể đếm lên đến bít 111 Tương ứng với số thập p phân Đếm Đ nhị phâân Sốố nhị phân Chỉỉ báo Chỉ báo Chỉ báo 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 Hìình 6.26 Bộ đếm nh hị phân ứng dụng ddây chuyềnn sản xuất ng yêu cầu nguồn liênn tục để tạo o xung để đ điều khiển trình tự Một số hệ thốn n Mỗi kiiện tươ ơng đương nnhư tínn hiệu thay xuung gọọi hệ kiện thốnng khóa có c thể tạo r tthiết bị gọi phận đa hài khôn ng ổn định Chẳng hạn thiết bị có hai trạn ng thái ổn định đ có hai trạng thhái ổn định thiết bị đơn ổn có c trạng g thái ổn địịnh thiếtt bị không ổn ổ định khơng có trạng t thái ổổn định Do đó, đ đầu c thiết bịị đa hài khôông ổn định h chuyển mạch m ngượcc lại tiếpp tục phíaa trước Chẳn ng hạn hìnnh 6.27, baoo gồm hai báo m cổng OR R/NOR, bình chứaa, cổng g AND/NA AND mộột khóa OR R/NOR Hooạt động n sau: nếếu khóa Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí OR/N /NOR khơnng bị khóa, đầu OR//NOR 01 tiếp tục nạạp vào bìnhh chứa Do đó, đ đầu AND/NAND A D 01 thị trrang thái ON O khhi thị v OF FF Tuy nhiêên, khóaa OR/NOR R bị khóa, thhì đầu OR R/NOR thay đổi đếến 02 Do đó, đ bình chứaa không nạp choo đến cổổng AND/N NAND chuyyển mạch đến đ 02 Đầuu chhuyển mạchh cổng OR//NOR đến 02 để nạp vào v bình ứa Khi áp suất xấpp xỉ gần bằngg áp suất t C đượcc xác định độ mở lỗ giới g hạn, chhuyển mạch cổng AND D/NAND sẽẽ chuyển mạch m ngược lại đến 02 Do đó, hệ thống dao động ngượ ợc lại phía p trước dài d khóóa OR/NOR R khóóa Do đó, khóa k OR/N NOR dùng d để điều u khiển hoạtt động hệ thống C Chú ý điềuu chỉnh độ nghiêng n khhông trực tiếếp điều nh tần số dao o động đầu dao độnng đa hài Hình 6.27 Bộ đa hài h phiếm địịnh Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí Hìn nh 6.28 B định thờ Bộ ời sử dụng b đa hài vàà đếm nhhị phân Hìnhh 6.28 cho ta thấy mộột mạch đ đa hàài phiếm địịnh đếm nhhị phân đượcc tổ hợp để thực việc v định thhời Chẳng hạn, cửa S khóa OR/NOR O cảảm biến kiện xảyy hiển thhị bbáo I , I vàà I Giả thiết đa hài phiếếm định dao động chuu kỳ/giây, k đđếm nhị phâân 12 bit sẽẽ định thời lên đến 40995 giây hoặcc 68.25 phúút Khi S khhơng khóa, bbộ đếm dừnng hiển tthị tất thhời gian tronng dạngg nhị phân 6.7 Điều u khiển loggic hệ thốngg thủy lực Mạcch thủy lực hoạt động áp suất thhường nhỏ 15 psii để tạo m hàm loogic cần thiếtt điều khiểnn hoạt độngg lưu cchất van v thủy lựcc để điều khiển k van thhủy lực cho hệ thống điều khiển thhủy lực tất cáác hệ thốngg Các thiết bị liên quaan sử dụng d để tươ ơng tác giữaa khí thủy lực trung gian g khí khí nén truung gian hooặc dầu thủyy lực trung gian Khí th hủy lực khơơ đường g khí phải giữ g phhạm vi từ 100-150 psi nguồn n khí cấp c minh họọa hệ thhống khí Hệ H thống nàyy phải đượcc làm nghiêm n ngặtt khí phảải khô cần thiết t cho m mạch thủy lự ực Trong mục m chhúng ta đưa số mạch m thơng dụng thủy t lực đư ược sử dụng g để điều khhiển hệ thốnng thủy lực Hìnhh 6.29 cho ta t thấy mộtt ứng dụng thực núút ấn start v số cơng tắc giới hạn khí đểể đổi chiều xy-lanh khíí Khi ấn núút start flip-flop tác độộng điều khhiển lên van V1 làm choo xy-lanh th hực hàành trình raa với nguồnn khí 1000 psi Khi cơng tắc giới hạn V3 thư ường đóng tác động tíín hiệu nguồn khí pssi qua van thoi t V4 để chuyển trangg thái flip-fflop Flip-fllop ttác động điiều khiển lêên van V2, xy-lanhh thực n hành trình h vào Nút ấn ấ khống cchế dùng đểể tránh cơngg tắc giơi hạn h khí Nếếu cơng Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí tắc khống k chế ấn (trrong xyy-lanh g thực hành trình ra), làm cho xy-lanhh thực hiệnn hành trình vào Hình 6.29 nh khí sử dụụng flip-floop Điều kkhiển xy-lan nh tự điều khiển k hai xyy-lanh khí đ thực h mạạch hình 6.30 hệ thốống Trìn bao gồm hai vaan kết hợp (V1 ( V2)) fliip-flop cổng OR/N NOR, hai công tắc giới hạn thườngg đóng cơng c tắc chuuyển mạch khí k (V3 V4) hai xy-lanh khhí V1 (NC) CYLINDER PSI V2 (NC) CYLINDER PSI V1 V2 100 PSI 100 PSI PSI PSI PSI OR/NOR PUSH BUTTOM + FIP FLOP Hình h 6.30 Mạch M điều kkhiển trình tự t hai xy-laanh thủy lựcc Khi nút ấn van giải phóng p trình tự chu kỳ xảy x ssau: 1 Xy-lanh thực hiệnn hành trìnhh 2 Xy-lanh thực hiệnn hành trìnhh 3 Cả hai xy-lanh x thựcc hành trình vào Chu kỳ lặặp lại lầần nútt bấm Hìnhh 6.31 cho ta t thấy mộtt mạch điềuu khiển chuyển độngg qua xy-lanh x thủyy lực có cần hhai phía Mạch M baao gồm hai cổng c NOR, hai tia ngắắt van đđiều khiển bốn b cửa Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí vị trí, fliip-flop, cơng c tắc chọn chế độ, xyy-lanh thủy lực Với côông tắc chuyyển mạch vị trí OFF, giả sử vann nằm vị trí t khơng khơngg có đầu từ flipflop đến điều khiển k van Do đó, xy lanh thủy lực bị khóaa Khi cơngg tắc chọn chế độ chuyyển sang vị trí ON, thìì bên phải c van đượ ợc điều khiểển Do đó, xy-lanh di chuyển sangg bên phải cho c đến khhi cần xy-laanh ngắt tia điều ssẽ làm cho cổng NOR R phía bên phải chuyểển trạng tháái đến đầu r 01 để chhuyển trạngg thái flip-fllop Tín hiệệu từ flip flop điều u khiển vị v trí phía bêên phải củaa van làm chho xy-lanh di chuyển vvề phía bên trái Khi cầần phía bên phải vvào vị tríí cuối ngắt tia phía bbên ấy, cổngg OR phíaa bên phải chuyển m mạch ngượ ợc lại đến đầầu 02 Nhưng N đầu r 02 khônng chuyển mạch m flip-fllop nnó có nhớ Khi cần xy-lanhh vị trí cu uối phía bbên trái phía bên tráii ngắt tia phía bên đóó, cổng NOR R phía bêên trái chuyyển đến đầuu 01 Đầuu chuuyển đầu raa flip-fl flop đến cửa điều khiển ngược lại điều đ khiển vvan sang phhía bên phảải để điều khiển k xy-lannh sang phảii Do đó, xyy-lanh tiếp tục chuyểnn động quaa lại cho đếến côngg tắc chọn chế độ chuyyển sang vịị trí OFF Cơng C tắc nàày dừng chuuyển động xy-lan nh thủy lực van đượcc hồi vị trí khơng nhờ n lị xo Chú ý tia ngắt cóó thể thay b cơơng tắc giới hạn khí thư ường mở mà m đầu củủa chúng đư ược nối với đến cửa điều khiển củủa cổng NOR R tương ứngg Hình h 6.31 T động chhuyển động qua lại củaa xy-lanh th Tự hủy lực Tronng hình 6.32 cho ta thấấy ứng dụng dây chuyền c sản suất hộ ộp có kích cỡ c khác nhauu di ch huyển bbăng chuyền n Ở vịị trí cho hộp cao đư ược đẩy Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí sangg băng chuyyền thứ haai khii hộp thấp tiếp tục di chuyển trêên mộột băng chuyyền Hệ thốống baoo gồm xy-lanh khí táác động haii cần hai cơơng tắc khí thường đóngg (NC), mộột van kết hợp h flip-flop Khi K hộp cao tác động vào công tắc t giới hạn V1 flip-flopp chuyểnn mạch đếnn đầu 01 Cửa điều khiển k dịch chuyyển van V3 để đ dịch chuuyển xy-lanhh sang bên phải để đẩy y hợp cao sang s băng chuyền c số hai h Sau nút n ấn cần xy-lanh tácc động vàoo công tắc giới hạn V V2 công tắcc giới hạn chuyyển đầu c flip-flop p ngược trở 01 Đầầu điềều khiển dịch chuyển vvan V2 để di d chuyển xy y-lanh ngượ ợi lại sang trái t chu kỳ k lặpp lại có hộp h cao kháác Hìn nh 6.32 Hệ thống xếp x hộp thủủy lực Câu hỏi vàà tập Thủy lực l gì? Trình bày thuậận lợi vviệc sử dụng g thủy lực trrong công nghiệp n Tại gọọi thủy lực l “trí lực” công suất thủy lực “cơ bắp”” sử dụnng thủy lực để điều u khiển hệ thống t thủy lực Định nghĩĩa hàm AND D Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí Định nghĩĩa hàm OR Flip-flop l gì? Làm t để ssử dụng làm việc Sự khác cóó hai trạng thái t ổn địnhh thiết bịị đơn ổn gì? g Làm n để làm m flip-floop khác ưu tiên hhoạt động từ t flip flop bản? Làm n để làm m SRT khhác ho oạt động từ flip-fllop bản? LUSIVE OR R? 10 Sự khác cổổng OR ccổng EXCL m hình 33, xảy rra điều đối đ với xy-laanh 11 Đối với mạch a Nút ấn ấ chuyển mạch m nhả tức thời? t b Côngg tắc chọn chế c độ đóngg? H Hình 6.33 m câu 111 Sơ đồ mạch m hình 34, xảy rra điều đối đ với xy-laanh 12 Đối với mạch a 1-PB đư ươc ấn giữ? b 1-PB vàà 2-PB hai h đươc ấn giữ? H Hình 6.34 m câu 112 Sơ đồ mạch Kỹ K thuật điềều khiển thu uỷ khí 13 Đối với mạch m hình 6.35 điều xảy đối đ với hai xy-lanh khii nút start đđược ấn tức thời Giả G thiết haii xy-lanh đii vào thờ ời điểm bann đầu g 14 Thiết bị cáác phận chuyển độnng logic gì? 15 Tên trường hợ ợp mà thiết bị phận p chuyểnn động logic đư ược tác động m thuậnn lợi cáác phận chuyển độnng logic so với hệ thốnng thủy 16 Một lực l v hệ thốngg thủy lực để đ đảm bảo hoạt động chínhh xác? 17 Cần phải làm 6.35 Sơ đồ mạcch câu 13 ng hữu dụngg cung cấp b đại số Boolean B 18 Tên haai chức năn .. .Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ Mục đích: - Cung cấp cho sinh viên kiến thức nguyên lý cấu tạo, hoạt động, ứng dụng phần tử điều khiển, thực hệ thống điều khiển thủy. .. thiết bị thủy lực Cung cấp khí cho mạch thủy lực Mạch logic thủy lực Điều khiển logic hệ thống thủy lực Tài liệu tham khảo Kỹ thuật điều khiển. .. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 3.2.2 Van chiều có điều khiển 3.2.3 Van chiều kép có điều khiển 3.3 Van điều khiển hướng 3.3.1 Van điều khiển hướng 2/2