Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Điều khiển điện khí nén phần 2 gồm các nội dung chính sau: Các phần tử trong hệ thống điều khiển; Cơ sở lý thuyết điều khiển bằng khí nén; Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén. Mời các bạn cùng tham khảo!
BÀI CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN A Mục tiêu: - Vận dụng nguyên tắc logic điều khiển - Lập phương trình điều khiển - Biểu diễn phần tử khí nén thành mạch logic - Rèn luyện tính chủ động, tư khoa học, nghiêm túc công việc B Nội dung: I Khái niệm điều khiển Điều khiển q trình hệ thống, tác động hay nhiều đại lượng vào, đại lượng thay đổi theo quy luật định hệ thống Đặc trưng cho trình điều khiển mạch tác động hở(hệ thống điều khiển hở) cấu trúc hệ thống điều khiển hở biểu diễn hình II Các phần tử mạch logic Phần tử logic NOT Định nghĩa: Là phần tử logic có đầu vào mức logic đầu ngược với mức logic đầu vào + Sơ đồ tín hiệu: R P - P Q 1 Q + Hình 5-1: sơ đồ mạch điện minh họa phần tử NOT P Giản đồ thời gian: Q Ký hiệu: 80 Phần tử OR Phần tử logic OR biểu diễn mạch điện hình 5.8 Khi ấn nút ấn P1 P2 đèn Q sáng Bảng chân lý: P1 P2 Q - + Hình 5-2: sơ đồ mạch điện minh họa phần tử OR P1 P2 Q 0 0 1 1 1 - Giản đồ thời gian: P P Q - Ký hiệu: Phần tử logic AND Phần tử logic AND minh họa hình 5.6 Khi ấn đồng thời nút ấn P1 P2 đèn Q cấp điện Bảng chân lý: P1 P2 Q 0 0 1 0 1 P1 P2 Q - + Sơ đồ tín hiệu: 81 Ký hiệu: Phần tử logic NOR Phần tử logic NOR biểu diễn mạch điện Khi ấn hai nút ấn P1, P2 ấn hai nú ấn P1 P2 đèn Q tắt Hình 5-4: Mạch điện biểu diển phần tử logic NOR Bảng chân lý: P P2 Q 1 0 1 Ký hiệu: Phần tử logic NAND (NOT – AND) Hàm logic NAND hàm kết hợp hàm NOT hàm AND minh họa sơ đồ mạch điện hình 5-5 +Bảng chân lý: Hình 5-5: Mạch điện biểu diển phần tử logic NAND Ký hiệu: 82 P1 P2 Q 0 1 1 1 Phần tử logic XOR (EXC-OR) Phần tử logic XOR biểu diễn mạch điện hình 5-6 Khi ấn hai nút ấn P1 P2 đèn Q sáng, khơng ấn ấn đồng thời hai nút ấn P1 P2 đèn Q tắt Hình 5-6: Mạch điện biểu diển phần tử logic XOR Bảng chân lý: Ký hiệu: P1 P2 Q 0 0 1 1 1 Phần tử logic X-NOR Phần tử logic X - NOR biểu diễn mạch điện hình 5-7 Khi ấn hai nút ấn P1 P2 đèn Q tắt, khơng ấn ấn đồng thời hai nút ấn P1 P2 đèn Q sáng Bảng chân lý: Hình 5-7: Mạch điện biểu diển phần tử logic X - NOR Ký hiệu: 83 P1 P2 Q 0 1 0 1 Phần tử RS-Flipflop - Phần tử RS – Flipflop có (RESET) trội Khi nút ấn P2 đóng lại, dịng điện qua rơle K, tiếp điểm K đóng lại Như dịng điện mạch trì nút ấn P2 có nhả Dịng điện trì ta tác động vào nút ấn P1 Thời gian trì dịng điện tong mạch được, khả nhớ mạch điện Nếu cổng SET (P2) mạch điện có giá trị “1” tín hiệu Q có giá trị “1” nhớ (mặc dù sau tín hiệu SET đi) RESET (P1) ‘1’ Hình 5-8: Mạch điện tự trì + Bảng chân lý: Hình 5-9: Phần tử nhớ có RESET trội P1 P2 Q 0 0 1 0 1 - Tín hiệu đầu Q phần tử nhớ ‘1’ tín hiệu đầu vào P2 đặt vào chân ‘S’ bằng1 Khi tín hiệu P1 đặt vào chân R tín hiệu Q Khi hai tín hiệu P1 P2 tín hiệu Q Đây gọi trạng thái cấm RS – Flipflop có RESET trội 84 - Phần tử RS – Flipflop có (SET) trội Khi nút ấn P2 đóng lại, dịng điện qua rơle K, tiếp điểm K đóng lại Như dịng điện mạch trì nút ấn P2 có nhả Dịng điện trì ta tác động vào nút ấn P1 Thời gian trì dịng điện tong mạch được, khả nhớ mạch điện Nếu cổng SET (P2) mạch điện có giá trị “1” tín hiệu Q có giá trị “1” nhớ (mặc dù sau tín hiệu SET đi) RESET (P1) ‘1’ - Tín hiệu đầu Q phần tử nhớ ‘1’ tín hiệu đầu vào P2 đặt vào chân S ‘1’ Khi tín hiệu P1 đặt vào chân R ‘1’ tín hiệu Q ‘0’ Khi hai tín hiệu P1 P2 tín hiệu Q ‘1’ Hình 5-10: Mạch điện tự trì Hình 5-1 : Phần tử RS – Flipflop có SET trội + Bảng chân lý 85 P1 P2 Q 0 0 1 0 1 III Lý thuyết đại số boole Quy tắc đại số boole a Các phép biến đổi hàm biến Phương trình Sơ đồ mạch Sơ đồ Logic A A 0 = A 1 = A A A A A = A A A a a A A = A A A =A A A=0 0 A 1 a 0 1 0 Sơ đồ giá trị A=1 1 A (0) A 0 = A A A 1=1 A A=A A A A A A A A A A= Luật hoán vị A B 1 1 1 11 1 1 1 11 B= AA B =B A a 86 (0) (1) 1 b Luật Đại số Boole 1 0 A A A 0 0 1 1 A B=B Sơ đồ mạch điện A Sơ đồ logic A B A B a B A B A Luật kết hợp (A A Sơ đồ mạch điện A B C A B=B Sơ đồ mạch điện A B B A B C A B Sơ đồ mạch điện A A A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 1 1 Z1 = A 0B 0 0 1 C) = A Sơ đồ logic A B Z2 = A 0C 0 0 1 B C (B X = Z1 Z2 0 0 1 87 A C A Sơ đồ logic A C B C B 0 1 0 1 1 B A 0 0 1 1 C) Sơ đồ mạch điện B A A B B C C Sơ đồ logic A B C A B C A B C= C)(A C=A C) Sơ đồ logic Luật phân phối (A B) (A Sơ đồ mạch điện A B) (B B) (B C A A A Sơ đồ logic C 1 1 Z=B C 1 1 1 X=A Z 0 0 1 * (A B) (A C) = A (B C) Sơ đồ mạch điện A Sơ đồ logic A A B Sơ đồ mạch điện B C A A B B 0 1 0 1 C 1 1 Z1 = A 0B 1 1 1 Z2 = A 0C 1 1 1 X= Z1 Z2 0 1 1 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 1 1 Z=B C 0 0 Luật hấp thụ A (A B)=A Sơ đồ mạch điện Bảng chân lý A A B A A 0 0 B 0 1 B)=A A (A Sơ đồ mạch điện A A B A ( A B) 0 1 Bảng chân lý A B A 0 1 80 1 B C C A 0 0 1 1 Sơ đồ logic B 1 A ( A B) 0 1 X=A Z 0 1 1 Luật bù A (A B)=A Sơ đồ mạch điện Bảng chân lý A A B A B A ( A B A B 0 0 ) 1 1 0 1 1 1 A A B B A (A B) =A B Sơ đồ mạch điện Bảng chân lý A A A 0 1 B A A 0 1 B 1 A 0 B B Luật De Morgan A B= A A 1B A B 0 0 B 1 A B1 1 A ( A B) 0 B 1 1 A 1 B B Sơ đồ logic B A A 0 1 B 1 * A A A 1B B0 0 B= A A1 1 A B 1 B B 74 A 1 B A B0 0 Hình 6-34: Mạch điều khiển với tiếp điểm tự trì b Mạch điều khiển với rơle thời gian tác động muộn Biểu đồ trạng thái, sơ đồ mạch khí nén trình bày hình 5.22 Sơ đồ mạch điều khiển với phần tử tự trì rơle thời gian tác động muộn Sau thời gian t1 cơng tắc hành trình điện S2 đóng (vị trí cuối hành trình), rơle tác động muộn K có điện Hình 6-35: Biểu đồ trạng thái mạch khí nén Hình 6-36: Mạch điều khiển tự trì với rơle thời gian tác động muộn 106 Mạch điện điều khiển điện khí nén với hai xy – lanh Quy trình mạch điều khiển theo nhịp với xy – lanh biểu diễn hình Khi tác động vào nút ấn , xy – lanh thực theo quy trình đề Hình 6-37: Quy trình điều khiển xy – lanh Mỗi nhịp có mạch tự trì Sau ấn nút khởi động S Lần lượt nhịp nhịp đóng mạch Nhịp cuối tác động cho quy trình trở vị trí ban đầu Hình 6-38: Sơ đồ mạch điện điều khiển quy trình khoan Nếu ta chọn van đảo chiều 4/2 xung, hai phía tác động nam châm điện, sơ đồ mạch điều khiển điện biểu diễn hình 6-37 Mặc dầu nhịp có mạch tự trì, nhịp thực hiện, nhịp trước phải xóa 107 Hình 6-40: Khối điều khiển theo nhịp a Nguyên tắc thực điều khiển theo nhịp Các bước thực lệnh xảy Có nghĩa lệnh nhịp thực xong, thong báo cho nhịp tiếp theo, đồng thời xóa lệnh nhịp thực trước Tín hiệu vào Yn tác động (ví dụ: tín hiệu khởi động), tín hiệu điều khiển A1 có giá trị L Đồng thời tác động vào nhịp trước Zn-1 để xóa lệnh thực trước Đồng thời chuẩn bị cho nhịp với tín hiệu vào X1 vậy, khối nhịp điều khiển gồm chức năng: - Chuẩn bị cho nhịp - Xoá lệnh nhịp trước - Thực lệnh tín hiệu điều khiển Chuỗi điều khiển theo nhịp trình bày hình sau Hình 6-41: Mạch logic chuỗi điều khiển theo nhịp Biểu diễn đơn giản chuỗi điều khiển theo nhịp trình bày hình 4.39 Nhịp thứ Zn xóa nhịp cuối Zn+1 108 Hình 6-42: Biểu diễn đơn giản chuỗi điều khiển theo nhịp Để thực việc thiết kế mạch theo phương pháp điều khiển theo nhịp, ta cần tuân theo nguyên tắc sau : Từ sơ đồ hành trình bước cho (hoặc từ u cầu cơng nghệ, ta thiết lập sơ đồ hành trình bước) ta vẽ bảng trình tự nhịp sau: Nhịp thực Xy – lanh Nhận tín hiệu Nam châm điện + A Start Y1 + B S2 Y3 - B S4 Y4 AS3 Y2 Mặc dù ta sử dụng van điện từ có trì, nhịp có mạch tự trì Sau nhấn nút khởi động, nhịp nhịp tiếp theo… Sẽ đóng mạch Nhịp cuối tác động cho qui trình trở vị trí ban đầu Nhịp thực hiện, nhịp trước phải xóa b Ví dụ - Các chi tiết sau đóng gói, cần di chuyển sang dây chuyền khác hệ thống điều khiển Điện – Khí nén sau: - Nhấn nút Start xy – lanh tác động hai phía A nâng chi tiết lên, đến cuối hành trình xy – lanh tác động hai phía B đẩy chi tiết sang dây chuyền kế tiếp, sau xy – lanh A quay trở về, xy – lanh B quay hoàn tất chu trình Hãy vẽ mạch điều khiển Điện – Khí nén Xy lanh B A1 A B Xy lanh A 109 A0 B1 Hình 6-39: Quy trình điều khiển với van đảo chiều xung 4/2 Bộ dịch chuyển theo nhịp Cấu tạo khối nhịp điều khiển gồm có phần tử là: phần tử AND, phần tử Lập bảng điều khiển, chọn Van điện từ Ở loại điều khiển này, ta chọn Van điện từ hai đầu có hai cuộn dây, nghĩa loại Van điện từ trì Ta lập bảng điều khiển sau : Nhịp thực Xy – lanh Nhận tín hiệu Nam châm điện + A Start Y1 + B a1 Y3 - A b1 Y2 Ba0 Y4 Vẽ sơ đồ điều khiển Khí nén A Y1 Vẽ mạ a0 Y2 B a1 Y3 b1 Y4 ch điều khiển Điện Bước 1: Nhấn nút nhấn Start, cuộn dây K1 nhánh có điện, tiếp điểm K1 nhánh đóng lại, trì cho cuộn dây K1, đồng thời tiếp điểm K1 nhánh 10 đóng lại, làm cho cuộn dây van điện từ Y1 có điện, đẩy nịng van sang phải, Xy – lanh A Tiếp điểm thường đóng nhánh có nhiệm vụ xóa điện cuộn dây K1 cuộn dây K2 có điện 110 10 +24V K1 Start K1 K2 Y1 K1 Bước 2: Khi xy – lanh A cuối hành trình, tác động cơng tắc hành trình a1 – nhánh có tiếp điểm K1 thường mở (đây tiếp điểm chuẩn bị bước trước) đóng (do K1 có điện) làm cho cuộn dây Y3 nhánh 12 có điện, xy – lanh B Vì là phương pháp điều khiển theo nhịp, nên nhánh phải bố trí tiếp điểm thường đóng K2 để xóa tín hiệu điện cuộn dây Y1 (nhịp trước đó) +24 V Star t K a1 1 K 2 K K Y Y K K K K K Bước 3: Khi xy – lanh B cuối hành trình, tác động cơng tắc hành trình b1 – nhánh có tiếp điểm K2 thường mở (đây tiếp điểm chuẩn bị bước trước) đóng (do K2 có điện) làm cho cuộn dây Y2 nhánh 11 có điện, xy – lanh A về, nhánh bố trí tiếp điểm thường đóng K3 để xóa tín hiệu điện cuộn dây Y2 (nhịp trước đó) +24 V Star t K K V K a1 K K b1 K K K K K K Y K 111 K Y 1 K2 Y Bước 4: Khi xy – lanhA đến cuối hành trình, tác động cơng tắc hành trình a0 – nhánh có tiếp điểm K3 thường mở (đây tiếp điểm chuẩn bị bước trước) đóng (do K3 có điện) làm cho cuộn dây Y4 nhánh 13 có điện, xy – lanhB nhánh phải bố trí tiếp điểm thường đóng K4 để xóa tín hiệu điện cuộn dây K3 +24V K1 Start K2 a1 K2 10 a1 K3 K1 K1 b1 K2 K3 K3 K4 K1 11 K4 12 K2 Y2 K1 K2 K3 Y3 Y1 K4 K3 13 Y4 0V Bước 5: Vì loại điều khiển theo nhịp, nên nhánh bố trí tiếp điểm K4 thường mở để trì điện cho cuộn dây K4; nhánh lắp thêm nút SET để khởi đầu chu trình; đồng thời nhánh lắp thêm tiếp điểm K4 thường mở dùng để khởi đầu chu trình +24V Start K1 K2 a1 K3 a0 K b1 10 K1 11 K4 K1 K2 K3 K2 K3 K4 K1 Y2 K2 K3 K2 13 K3 SET K4 K1 12 K4 Đường xóa Đường chuẩn bị 112 Y1 Y3 Y4 V Mạch tổng hợp điều khiển theo nhịp Mạch điều khiển với chu kỳ đồng thời Khi tác động vào nút nhấn, pittông xy – lanh tác động chiều (xy – lanh tác dụng đơn) di chuyển (duỗi ra) Khi nhả nút nhấn, pittơng co lại trở vị trí ban đầu Mạch điều khiển với chu trình tự VI Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnough Tác động vào nút nhấn, xy – lanh duỗi ra, di chuyển đến cuối hành trình, chạm vào cơng tắc hành trình 1.3 xy – lanh co lại trở vị trí ban đầu Điều khiển xy – lanh tác động đơn trực tiếp qua van logic OR Điều khiển xy – lanh tác động chiều trực tiếp qua van logic AND 116 Điều khiển tốc độ xy – lanh tác động đơn qua van xả khí nhanh Điều khiển tốc độ xy – lanh tác động đơn qua van tiết lưu chiều Điều khiển lưu lượng dịng khí đường vào (a) Điều khiển đường (b) 117 Điều khiển vận tốc vào xy – lanh (c) Điều khiển tốc độ xy – lanh tác động kép qua van tiết lưu chiều Điều khiển xy – lanh tác động đơn qua rờ le thời gian đóng chậm Điều khiển xy – lanh tác động đơn qua rờ le thời gian ngắt chậm 118 CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1: Trình bày phương pháp thiết kế biểu đồ trạng thái Câu 2: Trình bày nguyên tắc thiết kế lưu đồ tiến trình Câu 3: Trình bày ngun tắc thiết kế điều khiển điện khí nén Câu 4: Trình bày biểu đồ trạng thái sơ đồ khí nén mạch điều khiển với tiếp điểm tự trì Câu 5: Trình bày biểu đồ trạng thái sơ đồ khí nén mạch điều khiển với rơle thời gian tác động muộn Câu 6: Trình bày sơ đồ mạch khí nén, mạch điện điều khiển quy trình khoan với xy – lanh Câu 7: Trình bày cấu tạo khối nhịp điều khiển Câu 8: Nguyên tắc thực điều khiển theo nhịp Câu 9: Vẽ sơ đồ mạch điện khí nén ứng dụng điều khiển ON-OFF xy – lanh tác động đơn Câu 10: Vẽ sơ đồ mạch điện khí nén ứng dụng điều khiển ON-OFF xy – lanh tác động kép Câu 11: Vẽ sơ đồ mạch điện khí nén ứng dụng điều khiển điều khiển tốc độ1 xy – lanh tác động đơn, xy – lanh tác động kép sử dụng a Van tiết lưu b Van tiết lưu van xả khí nhanh Câu 12: Vẽ sơ đồ mạch điều khiển xy – lanh tác động đơn qua rơle thời gian ngắt chậm, rơle thời gian đóng chậm 119 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Kỹ thuật nhiệt, NXB Giáo dục [2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Thơng gió điều hịa khơng khí, NXB Khoa học Kỹ thuật [3] Nguyễn Đức Lợi, Máy thiết bị lạnh, NXB Khoa học Kỹ thuật 121 BÀI TẬP Thiết kế sơ đồ mạch khí nén điện khí nén cho hệ thống có biểu đồ trạng thái hình c 122 123 ... tiến trình trình điều khiển trình bày hình 6-1 3 Hình 6-1 3: Lưu đồ tiến trình 87 II Phân loại phương pháp điều khiển - Điều khiển tay - Điều khiển tùy động theo thời gian - Điều khiển tùy động theo... hành trình - Điều khiển theo chương trình cấu chuyển mạch - Điều khiển theo tầng - Điều khiển theo nhịp - Điều khiển chọn theo bước Điều khiển tay Điều khiển tay ứng dụng phần lớn mạch điều khiển. .. hình 6 -2 0 Hình 6 -2 0: mạch điều khiển tùy động theo hành trình với xy - lanh có chu kỳ tự động 97 III Các phần tử điện khí nén Hệ thống lắp ráp điện - khí nén biểu diễn cách tổng quát mạch điện điều