Thiết kế mô hình thí nghiệm điện khí nén

TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN Những ngày tháng học tập trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh việc tìm hiểu thực tế sản xuất đời sống nhận thấy môn thủy lực khí nén mơn học quan trọng, sinh viên cần đƣợc học tập, thực hành nâng cao kiến thức thân để phù hợp với phát triển sản xuất Chính tơi định thiết kế thí nghiệm điện – khí nén nhƣ giải pháp nhằm giúp cho sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết học lớp vào thực tế thí nghiệm Hơn đề tài cịn giúp sinh viên hiểu biết thêm thiết bị khí nén hƣớng dẫn sinh viên tập thực hành thí nghiệm Ngồi làm bốn bàn thí nghiệm, đề tài hƣớng dẫn sinh viên làm tập thực hành, thí nghiệm cịn có sử dụng PLC để điều khiển ABSTRACT Project: DESIGN EXPERIMENT ELECTRICAL – PNEUMATIC MODEL The dates at university of Technical Education Ho Chi Minh City and the factfinding in life and produced recognized pneumatic hydraulic is an important subject, so students need to study, practice and improve knowledge to suitable with the growth of production Therefore I have decided to design the electrical experiments - pneumatic as a solution to help the students apply the theoretical knowledge learned into practice on the experiments Further, this project helps students learn about the pneumatic equipment and to guide students the practical exercises on the experiment More, this project used PLC in the experiments iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT iv DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .1 I TỔNG QUAN VỀ KHÍ NÉN VÀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN II MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI .1 Thiết kế chế tạo bàn thí nghiệm điện – khí nén Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng tập thực hành: CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN – KHÍ NÉN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đơn vị đo .3 Áp suất 2.1 Áp suất khí 2.2 Áp suất dƣ .3 2.3 Áp suất tuyệt đối 2.4 Áp suất khí nén .3 2.5 Lực 2.6 Lƣu lƣợng .4 2.7 Các định luật chất khí 2.8 Định luật tổng quát .5 2.9 Sơ đồ cấu tạo – chức hệ thống điều khiển khí nén – điện .6 II THIẾT BỊ KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN – KHÍ NÉN Máy nén khí thiết bị xử lý khí nén 1.1 Máy nén khí 1.2 Thiết bị xử lý khí nén v 1.3 Bộ lọc Các phần tử hệ thống điều khiể điện – khí nén 2.1 Xy lanh chiều 2.2 Xy lanh hai chiều 2.3 Nút nhấn .10 2.4 Van điện từ 2/2 11 2.5 Van điện từ 3/2 trạng thái 12 2.6 Van điện từ 5/2 trạng thái 12 2.7 Van điện từ 5/2 hai trạng thái .13 2.8 Cơng tắc hành trình 13 2.9 cảm biến 14 2.10 Delay thời gian 14 2.11 Counter .14 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THI CÔNG .15 I KHẢO SÁT Ý KIẾN SINH VIÊN VỀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN CŨ: 15 II THIẾT KẾ CƠ KHÍ 15 Bàn thí nghiệm 15 Bộ thí nghiệm 17 2.1 Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 17 2.2 Thiết bị 17 Bộ thí nghiệm 18 3.1 Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 18 3.2 Thiết bị 18 Bộ thí nghiệm 19 4.1 Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 19 4.2 Thiết bị 19 Bộ thí nghiệm 20 5.1 Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 20 5.2 Thiết bị 20 CHƢƠNG : THIẾT KẾ BÀI TẬP THỰC HÀNH .21 vi BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN XY LANH BẰNG VAN ĐIỆN TỪ 5/2 MỘT TRẠNG THÁI .21 I MỤC TIÊU BÀI HỌC 21 II THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 21 III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 21 BÀI 2: ĐIỀU KHIỂN XY LANH BẰNG VAN ĐIỆN TỪ 5/2 HAI TRẠNG THÁI .30 I MỤC TIÊU BÀI HỌC 30 II THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 30 III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 30 BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHÍ NÉN BẰNG PLC LOGO! 230RC SIEMEN 40 I MỤC TIÊU BÀI HỌC 40 II THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 40 III GIỚI THIỆU VỀ PLC LOLO! 230RC SIEMENS .40 Tổng quan PLC 40 PLC LOLO! 230RC SIEMENS 41 IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 47 BÀI MẠCH SO SÁNH ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ PLC 64 CHƢƠNG V: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 76 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO .85 PHỤ LỤC 86 I BẢN VẼ THIẾT KẾ 86 II PHIẾU KHẢO SÁT SẢN PHẨM BỘ THÍ NGHỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN 91 vii DANH MỤC HÌNH Hình – Quan hệ áp suất nhiệt độ Hình 2 – Sơ đồ cấu tạo – chức hệ thống điều khiển khí nén – điện Hình – Máy nén khí piston Hình – Nguyên lý hoạt động bình ngƣng tụ làm lạnh nƣớc Hình – Bộ lọc Hình – Nguyên lý hoạt động xy lanh chiều Hình – Cấu tạo ký hiệu xy lanh chiều Hình – Nguyên lý hoạt động xy lanh chiều Hình – Cấu tạo ký hiệu xy lanh giảm chấn 10 Hình 10 – Cấu tạo ký hiệu xy lanh khơng có giảm chấn 10 Hình 11 – Cấu tạo ký hiệu nút nhấn thƣờng hở 11 Hình 12 – Cấu tạo ký hiệu nút nhấn thƣờng đóng 11 Hình 13 – Cấu tạo van điện từ 2/2 11 Hình 14 – Cấu tạo van điện từ 3/2 trạng thái 12 Hình 15 – Cấu tạo ký hiệu vủa van điện từ 5/2 trạng thái 12 Hình 16 – Cấu tạo ký hiệu van điện từ 5/2 hai trạng thái 13 Hình 17 – Cấu tạo cơng tắc hành trình 13 Hình 18 – Ký hiệu cách mắc cảm biến quang 14 Hình 19 – Rơ le thời gian ký hiệu rơ le thời gian 14 Hình 20 – Counter ký hiệu counter 14 Hình 3.0.1 – Bàn thí nghiệm 16 Hình 3.0.2 – Bộ thí nghiệm 17 Hình 3.0.3 – Bộ thí nghiệm 18 Hình 3.0.4 – Bộ thí nghiệm 19 Hình 3.5 – Cơ cấu cho cảm biến quang giữ thăng xy lanh 19 Hình 3.6 – Bộ thí nghiệm 20 Hình – Bộ thí nghiệm 21 Hình – Mạch điện 22 Hình – Biểu đồ trạng thái 24 Hình 4 – Mạch điện 24 Hình – Biểu đồ trạng thái 25 Hình – Biểu đồ trạng thái 27 Hình – Biểu đồ trạng thái 28 Hình – Bộ thí nghiệm 30 viii Hình – Biểu đồ trạng thái 31 Hình 10 – Mạch điện 31 Hình 11 – Biểu đồ trạng thái 32 Hình 12 – Mạch điện 33 Hình 13 – Biểu đồ trạng thái 34 Hình 14 – Biểu đồ trạng thái 35 Hình 15 – Mạch điện 36 Hình 16 – Biểu đồ trạng thái 37 Hình 17 – Mạch điện 37 Hình 18 – Biểu đồ trạng thái 10 38 Hình 19 – Mạch điện 39 Hình 20 – Bộ thí nghiệm số 40 Hình 21 – PLC LOGO! 230RC SIEMENS 41 Hình 22 – Sơ đồ đấu dây ngõ vào PLC LOGO! 230RC SIEMENS 42 Hình 23 – Sơ đồ đấu dây ngõ PLC LOGO! 230RC SIEMENS 42 Hình 24 – Biểu đồ trạng thái 11 48 Hình 25 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 48 Hình 26 – Biểu đồ trạng thái 12 56 Hình 27 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 57 Hình 28 – Biểu đồ trạng thái 13 58 Hình 29 – Biểu đồ trạng thái 14 60 Hình 30 – Biểu đồ trạng thái 15 62 Hình 31 – Biểu đồ trạng thái 16 64 Hình 32 – Mạch điện 65 Hình 33 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 66 Hình 34 – Mạch điện 67 Hình 35 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 68 Hình 36 – Biểu đồ trạng thái 17 68 Hình 37 – Mạch điện 10 69 Hình 38 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 70 Hình 39 – Mạch điện 11 71 Hình 40 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 72 Hình 41 – Biểu đồ trạng thái 18 72 Hình 42 – Mạch điện 12 73 Hình 43 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 74 Hình 44 – Mạch điện 13 74 ix Hình 45 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 75 Hình – Hình ảnh thực nghiệm 78 Hình – Hình ảnh thực nghiệm 79 Hình – Hình ảnh thực nghiệm 80 Hình – Hình ảnh thực nghiệm 81 Hình 5 – Hình ảnh thực nghiệm 82 x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng – Các hệ thống đơn vị SI Metric Bảng 2 – Các đơn vị đo áp suất thông dụng Bảng – Các đơn vị lƣu lƣợng thông dụng đo theo đơn vị thể tích xi CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I TỔNG QUAN VỀ KHÍ NÉN VÀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN Từ khí nén tiếng Anh pneumatics xuất phát từ tiếng Hy Lạp pneuma có nghĩa khí, gió thở Khí nén đƣợc coi chuyên nghành khoa học công nghệ nghiên cứu ứng dụng đại lƣợng áp suất lƣu lƣợng khí Khí nén dạng lƣu chất, với khơng khí loại khí khác đƣợc nén lại để sử dụng truyền động điều khiển cấu chấp hành Điều khiển khí nén đƣợc thiết kế với mục đích hƣớng dịng khí nén lƣu động theo mạch để điều khiển cấu chấp hành Các dịng chảy dƣới dạng lƣợng khí nén điều khiển cấu chấp hành thực chuyển động Hệ thống khí nén đƣợc sử dụng hệ thống tự động cơng nghiệp giá thành rẻ, nhƣng đáp ứng tải nhẹ, tốc độ điều khiển có độ xác khơng cao Ƣu điểm: - Kết cấu sử dụng đơn giản - Độ tin cậy làm việc cao - Độ an tồn làm việc cao mơi trƣờng dễ cháy nổ áp dụng làm việc mơi trƣờng khắc nghiệt nhƣ phóng xạ hay hóa chất - Dễ dàng tự động hóa - Giá thành thiết bị hệ thống rẻ - Thời gian đáp ứng nhanh, tác động nhanh làm việc từ xa Nhƣợc điểm: - Kích thƣớc lớn - Do vận tốc cấu chấp hành lớn nên dễ bị va đập cuối hành trình - Do khí nhả cửa nên tạo tiếng ồn lớn Tuy cịn có hạn chế nhƣng hệ thống khí nén đƣợc sử dụng rộng rãi mà nhƣợc điểm nêu khơng mang tính chất định II MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI Thiết kế chế tạo bàn thí nghiệm điện – khí nén Trong q trình học tập trƣờng, với số lƣợng sinh viên đông đảo thiết bị đồ dùng thí nghiệm mơn Cơng Nghệ Thủy Lực Khí Nén đáp ứng chƣa đủ mặt số lƣợng nhƣ chất lƣợng thiết bị cũ nên chƣa thể đáp ứng đƣợc nhu cầu muốn nâng cao sinh viên Từ vấn đề cộng với phát triển mơn học khí nén giới tầm quan trọng hệ thống khí nén cơng nghiệp yêu cầu cấp thiết phải chế tạo thí nghiệm điện – khí nén nhằm mục tiêu: - Cung cấp cho sinh viên thí nghiệm nhằm phục vụ cho mơn học Thí Nghiệm Thủy Lực Khí Nén - Đƣa kiến thức sinh viên học lớp áp dụng vào thực tế nhằm thực mục tiêu học đơi với hành - Với thí nghiệm mới, sinh viên có khả nâng cao kỹ thiết kế lắp ráp mạch điện – khí nén - Bộ thí nghiệm có sử dụng PLC nhằm giúp sinh viên làm quen với PLC hệ thống khí nén sử dụng PLC Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng tập thực hành: Với tài liệu hƣớng dẫn: - Thiết kế tập thực hành điện – khí nén, PLC - Hƣớng dẫn sinh viên làm tập thực hành - Sinh viên dễ dàng tìm hiểu thiết bị khí nén nhƣ điện – khí nén hay PLC - Biết cách sử dụng thiết bị, thiết kế lắp ráp mạch thí nghiệm Xy lanh B+ = Y3 = L2 Hình 42 – Mạch điện 12 Mạch PLC LOGO! 230RC SIEMENS sử dụng van 5/2 phía Tín hiệu vào: - Nút nhấn START = I1 Nút nhấn STOP = I2 S1 = I3 S2 = I4 S3 = I5 S4 = I6 Tín hiệu vào: - Y1 = Q1, Y3 = Q2 73 Hình 43 – Giải thuật thiết kế lập trình tay Mạch điện – khí nén sử dụng van 5/2 hai phía Hình 44 – Mạch điện 13 74 Mạch PLC LOGO! 230RC SIEMENS dùng van 5/2 hai phía Tín hiệu vào: - Nút nhấn START = I1 Nút nhấn STOP = I2 S1 = I3 S2 = I4 S3 = I5 S4 = I6 Tín hiệu vào: - Y1 = Q1, Y2 = Q2, Y3 = Q3, Y4 = Q4 Hình 45 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 75 CHƢƠNG V: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Bộ thí nghiệm đƣợc đƣa vào thử nghiệm, có lớp thực thí nghiệm: Lớp: 14843DN2 Lớp: 129430A Sau đƣợc thực hành thí nghiệm điện – khí nén, sinh viên đánh giá chung tốt, nhiều điểm hạn chế Phiếu khảo sát sản phẩm thí nghiệm điện – khí nén (phụ lục) I Nội Dung: Đánh dấu tích() vào nội dung bạn thấy hài lịng Bạn thấy bảng gắn thiết bị thí nghiệm nhƣ nào? Nhỏ gọn Chiếm nhiều không gian Bạn thấy cách bố trí thiết bị nhƣ nào? Hợp lý Thiếu tính thẩm mỹ Chất lƣợng thiết bị thí nghiệm? Sử dụng tốt Thiết bị hƣ hỏng nhiều Các thiết bị thí nghiệm có phù hợp với nội dung thí nghiệm khơng? Phù hợp Khơng phù hợp Bạn dàng thao tác thí nghiệm khơng? Dễ dàng thực Khó khăn Hiệu hoạt động thí nghệm nhƣ nào? Tốt Trung bình Chƣa tốt Bạn có cảm thấy an tồn sử dụng thí nghiệm khơng? An tồn sử dụng Khơng an tồn Mức độ hài lòng bạn đƣợc thực hành thí nghiệm này? Rất hài lịng Hài lịng Khơng hài lịng II Đóng Góp Ý Kiến Ý kiến đóng góp bạn ( có) để thí nghiệp đƣợc hoàn thiện …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……… ………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… 76 Tồng hợp ý kiến: Lớp: 14843DN2 Tổng cộng có 31 phiếu nhận xét Câu 1: Nhỏ gọn (31 phiếu) Chiếm nhiều không gian (0 phiếu) Câu 2: Hợp lý (30 phiếu) Thiết thẩm mỹ (1 phiếu) Câu 3: Sử dụng tốt (31 phiếu) Thiết bị hƣ hỏng nhiều (0 phiếu) Câu 4: Phù hợp (31 phiếu) Không phù hợp (0 phiếu) Câu 5: Dễ dàng thực (28 phiếu) Khó khăn (3 phiếu) Câu 6: Tốt (25 phiếu) Câu 7: An toàn sử dụng (25 phiếu) Câu 8: Rất hài lòng (20 phiếu) Chƣa tốt (0 phiếu) Trung bình (6 phiếu) Khơng an tồn (6 phiếu) Hài lịng (10 phiếu) Khơng hài lịng (1 phiếu) Lớp: 129430A Tổng cộng có 30 phiếu nhận xét Câu 1: Nhỏ gọn (30 phiếu) Chiếm nhiều không gian (0 phiếu) Câu 2: Hợp lý (30 phiếu) Thiết thẩm mỹ (0 phiếu) Câu 3: Sử dụng tốt (27 phiếu) Thiết bị hƣ hỏng nhiều (3 phiếu) Câu 4: Phù hợp (30 phiếu) Không phù hợp (0 phiếu) Câu 5: Dễ dàng thực (29 phiếu) Khó khăn (1 phiếu) Câu 6: Tốt (27 phiếu) Câu 7: An toàn sử dụng (30 phiếu) Câu 8: Rất hài lòng (29 phiếu) Trung bình (3 phiếu) Chƣa tốt (0 phiếu) Khơng an tồn (0 phiếu) Hài lịng (phiếu) Khơng hài lịng (1 phiếu) 77 Một số hình ảnh kết thí nghiệm Hình – Hình ảnh thực nghiệm 78 Hình – Hình ảnh thực nghiệm 79 Hình – Hình ảnh thực nghiệm 80 Hình – Hình ảnh thực nghiệm 81 Hình 5 – Hình ảnh thực nghiệm 82 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN Mơn học thí nghiệm thủy lực khí nén mơn học quan trọng, đƣa lý thuyết học lớp vào tập thực tế, giúp sinh viên bƣớc đầu làm quen với thiết bị khí nén ứng dụng thiết bị khí nén thực tế Hơn ứng dụng thủy lực khí nén thực tế nhiều Vì việc thiết kế thí nghiệm điện – khí nén thực tế phù hợp với nhu cầu sinh viên cần đƣợc thực hành nhiều nâng cao Sau thời gian tìm hiểu thực đề tài tơi hồn thành thí nghiệm điện – khí nén Hơn thí nghiệm đƣợc sử dụng thử nghiệm cho việc học tập sinh viên đƣợc nhận phản hồi tốt thí nghiệm Tuy đề tài cịn có nhiều vấn đề cần đƣợc nâng cao số hạn chế Sau số ƣu điểm hạn chế đề tài: Ƣu điểm: Với mục tiêu đề tài đặt ra, trình nghiên cứu thực hồn thành thí nghiệm điện – khí nén đạt đƣợc kết sau: - Bộ thí nghiệm có kích thƣớc nhỏ gọn - Bộ thí nghiệm đặt bàn học nên dễ dàng cho sinh viên lắp đặt trao đổi học - Các tập thực hành đa dạng - ứng dụng PLC vào hệ thống điều khiển khí nén - Thiết kế theo dạng tủ điện công nghiệp nên giúp sinh viên làm quen việc thiết kế, lắp đặt thiết bị cho máy công nghệp - Giá thành rẻ - Dễ thay thiết bị hƣ hỏng Hạn chế biện pháp khắc phục Trong trình thực sản phẩm hoàn thành với ƣu điểm nhƣng nhiều điểm hạn chế: - Các tập thực hành chƣa phản ánh đƣợc thực tế sản xuất - Thiết bị chƣa đáp ứng đƣợc cho số lƣợng sinh viên q đơng - Dây điện nguồn cịn gắn bàn nên dễ bị vƣớng sinh viên lại Từ nhữn hạn chế đó, dƣới đề xuất số vấn đề để khắc phục điểm yếu làm cho thiết bị trở nên hoàn thiện - Thiết kế giá treo lên tƣờng để có nhiều khơng gian 83 - Nghiên cứu bổ sung thêm thiết bị - Thiết kế thêm thí nghiệm để đáp ứng bàn ba sinh viên - Thiết kế nguồn điện 24V tập trung Hƣớng phát triển đề tài Nâng cấp thí nghiệm đa dạng thiết bị Dần thay PLC LOGO! 230 RC SIEMENS đời PLC cao để sinh viên có khả áp dụng vào thực sản xuất 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Phƣơng – Nguyễn Trƣờng Thịnh, Hệ Thống Điều Khiển Tự Động Khí Nén, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] PGS TS Nguyễn Trƣờng Thịnh, giáo trình Thí Nghiệm Cơng Nghệ Thủy Lực Khí Nén [3] Th.s Nguyễn Xn Quang, giáo trình PLC S7-300 Lý Thuyết Ứng Dụng [4] http://www.gtkt.tk/2014/04/giao-trinh-plc-s7-200.html [5].https://sachweb.com/publish/GTTNCNTHUYLUCKHINEN_id1611/GTTNCNTHU YLUCKHINEN_id1611.aspx 85 PHỤ LỤC I BẢN VẼ THIẾT KẾ 86 II PHIẾU KHẢO SÁT SẢN PHẨM BỘ THÍ NGHỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN 91 ... điều khiển khí nén – điện Hình 2 – Sơ đồ cấu tạo – chức hệ thống điều khiển khí nén – điện II THIẾT BỊ KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN – KHÍ NÉN Máy nén khí thiết bị xử lý khí nén 1.1 Máy nén khí Áp suất khí đƣợc... thống điều khiển khí nén – điện .6 II THIẾT BỊ KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN – KHÍ NÉN Máy nén khí thiết bị xử lý khí nén 1.1 Máy nén khí 1.2 Thiết bị xử lý khí nén ... hành điện – khí nén, PLC - Hƣớng dẫn sinh viên làm tập thực hành - Sinh viên dễ dàng tìm hiểu thiết bị khí nén nhƣ điện – khí nén hay PLC - Biết cách sử dụng thiết bị, thiết kế lắp ráp mạch thí nghiệm