Đang tải... (xem toàn văn)
Các hệ thống khí nén được sử dụng trong công nghiệp thường được cung cấp bởi khí nén hoặc khí trơ nén. Máy nén khí đặt ở vị trí trung tâm và máy phát điện cung cấp cho các xy lanh, động cơ không khí và các thiết bị khí nén khác. Một hệ thống khí nén được điều khiển bằng van điều khiển bằng tay hoặc tự động được lựa chọn khi nó cung cấp chi phí thấp hơn, linh hoạt hơn hoặc an toàn hơn động cơ điện và thiết bị truyền động. Khí nén học cũng có ứng dụng trong nha khoa, xây dựng, khai thác mỏ, và các khu vực khác.
CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN A HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN B CÁC CỔNG LOGIC KHÍ NÉN C PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO TẦNG (CASCADE) D BÀI TẬP THIẾT KẾ THEO TẦNG (CASCADE) A HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN Chuyển động tịnh tiến Cơ cấu hút chân không ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu chấp hành- Actuators) NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÍ NÉN PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu tác động (OUPUT) PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU (PROCESSING) PHẦN TỬ NHẬN TÍN HIỆU (INPUT) Chuyển động quay Cấu trúc hệ thống điều khiển tự động khí nén- khí nén B CÁC CỔNG LOGIC STT Ký hiệ hiệu Kí u a b a b a & ≥1 a b & a b ≥1 a b =1 Tê gọi Tênn gọi x x x x x x AND OR Mạ ch điệ n minh Mạch minh họa hoaï a NOR XOR x a b x a NOT NAND b x a b a a x b x b x Mạch logic AND (Phép nhân) S1 A Bảng thật: Ký hiệu: S1 A & S2 P S2 Mạch logic OR (Phép cộng) A S1 Ký hiệu: S1 1 A S2 P S2 Mạch logic NOT (phủ định) A S Ký hiệu: S A S1 1 S2 0 1 A 0 Bảng thật: S1 S2 0 0 1 Phương trình logic: A = S1 v S2 Bảng thật: S A P Phương trình logic rút gọn: A 1 Phương trình logic: A= S1 ^ S2 Y = K1 v (K1 K2) = (K1 K2) Phương trình logic: S= A Phần tử nhớ – RS flipflop ( Van trạng thái) Van hai trạng thái khơng có vị trí ưu tiên giữ nguyên ở hai vị trí có hai xung tín hiệu tác động a Van đảo chiều 3/2 -2 phía tác động khí nén X, Y ( trạng thái) A Ký hiệu: X Y R P Y S X R A b Van đảo chiều 5/2 -2 phía tác động khí nén X, Y ( trạng thái) Bảng thật: A B X Y P A Ký hiệu: X Y B 0 1 1 1 Không thay đổi Không thay đổi X S A Y R B C PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ I BIỂU DIỄN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Phân loại hệ thống điều khiển theo tín hiệu Biểu diễn hệ thống điều khiển II PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO TẦNG -(CASCADE) Nguyên tắc: Cách tạo tầng Các bước thiết kế theo tầng I BIỂU DIỄN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Phân loại hệ thống điều khiển theo tín hiệu Tín hiệu dùng để biểu diễn thơng tin hệ thống kỹ thuật Mỗi tín hiệu tương ứng với đại lượng vật lý hệ thống, điện áp, áp suất, mức, … a Tín hiệu nhị phân (Binary): Loại tín hiệu chỉ có hai giá trị, biểu thị hai trạng thái đối nghịch đóng/mở, có/không, sáng/tối, mức cao/thấp… gọi là tín hiệu nhị phân b Tín hiệu tương tự(Analogue): Trong mạch khí nén, áp suất được đo và hiển thị giá trị liên tục đồng hồ áp suất.Loại tín hiệu này gọi là tín hiệu tương tự hay tín liên tục c Tín hiệu kỹ thuật số tín hiệu thời gian rời rạc Biểu diễn hệ thống điều khiển - Biểu đồ trạng thái - theo tiêu chuẩn VDI 3260 - Sơ đồ chức - theo tiêu chuẩn DIN 40 719 XI LANH A 2.1 Biểu đồ trạng thái: VAN DAO CHIEU a Biểu diễn trạng thái phần tử mạch, mối liên hệ phần tử trình tự chuyển mạch phần tử: NUT AN Sự liên kết tín hiệu được biểu diễn đường nét nhỏ chiều tác động biểu diễn mũi tên mm Velocity XI LANH A m/s NUT AN 100 1 50 0.80 0.40 trạng thái Hành trình làm việc được chia thành bước Sự thay đổi trạng thái bước được biểu diễn đường đậm Quantity v alue Position XI LANH A Y2 Designation Trục toạ độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, vận tốc,áp suất, lực, nút ấn ) Trục toạ độ nằm ngang biểu diễn các bước thực thời gian hành trình Y1 -0.40 Switching position NUT AN Switching position a a NUT AN Sơ đồ hành trình bước : Biểu đồ trạng thái chỉ biểu diễn hành trình xi lanh Bước thực thời gian hành trình b Ví dụ: biểu diễn sơ đồ hành trình bước Mạch khí nén: Ví dụ qui trình cơng nghệ: máy phay tự động: Một cấu kẹp thực công việc kẹp chặt phôi máy phay làm việc và sẽ nhả máy hoàn tất chi tiết phay Người ta dùng hai xy lanh A B, xy lanh A sẽ thực kẹp giữ phôi xy lanh B thực phay QUI ƯỚC: Xi lanh A tới (ra): ký hiệu A+ Khi lùi về: ký hiệu ABước 1: Xi lanh A+: kẹp giữ phôi Bước 2: Xi lanh B+: Phay tới Bước 3: Xi lanh B-: lùi Bước 4: Xi lanh A-: Nhả phơi Sơ đồ hành trình bước Bước thưc Xi lanh A Xi lanh B S2 S1 S4 S3 A+ A- Xi lanh A S1 S2 Y2 Y1 Xi lanh B Y4 Y3 S3 S4 Bước 3: Bảng điều khiển qui trình Bước hành trình Program /A+B+B-C+B+B-C-A-/ Hành trình pitong (Cơ cấu chấp hành) A+ B+ B- C+ B+ B- C- A- Tín hiệu (Output) Y1 Y3 Y4 Y5 Y3 Y4 Y6 Tầng (Line) L2 L1 Phần tử Flip-Flop (Xử lý) Tín hiệu vào đầu tầng: E1, E2, E3, E4 L3 Y2 L4 03 – van đảo chiều 5/2 S4 ^ L1 START^S1 S2 Tín hiệu vào (Input) S6 S4 ^ L3 S3 S3 S5 Tín hiệu vào đầu tầng E: S4 (tầng 2); S4 (tầng 4) trùng nhau, ta lắp kết hợp với L1 để có tín hiệu đầu tầng 2: E2 = S4 ^ L1 lắp kết hợp với L3 để có tín hiệu đầu tầng 4: E4 = S4 ^ L3 Tầng (K4): Tầng L3 (K3): Phương trình tín hiệu Y: Tầng L2 (K2): Tầng L1(K1): Bước 5: B+ Y3 = L3 Bước 3: B- Y4 = L2; Bước 1: A+ Y1 = L1 Bước 4: C+ Y5 = L2 ^ S3 Bước 2: B+ Y3 = L1 ^ S2 Rút gọn tín hiệu Y: Y1 = L1 Y2 = L4 ^ S5 Y3 = (L1 ^ S2) v L3 Y4 = L2 v L4 Y5 = L2 ^ S3 Y6 = L4 ^ S3 Bước 6: B- Y4 = L4 Bước 7: C- Y6 = L4 ^ S3 Bước 8: A- Y2 = L4 ^ S5 Mạch khí nén tầng với tín hiệu đầu tầng E1, E2 , E3, E4 được thiết kế sau: Taà ng I Tầng Taà ng II Tầng Taà ng III Tầng Taàng IV Tầng S4 ^ L1 E2 S6 E3 Tín hiệu E2 được nới khí nén tầng (L1) Tín hiệu E1 được nới khí nén tầng (L4) Tín hiệu E3 được nới khí nén tầng (L2) E1 E4 S4 ^ L3 START ^ S1 Start Tín hiệu E4 được nới khí nén tầng (L3) Bước 4: Thiết kế mô mạch khí nén XI LANH A S1 XI LANH BS3 S2 Y1 Y2 S5 Y4 1 XI LANH C Y3 S4 1 1 2 S3 S2 Y6 S6 Y5 S5 3 L1 L2 L3 L4 E2 Program /A+B+B-C+B+B-C-A-/ 12 Designation E3 Position S6 XI LANH A E4 S1 Position XI LANH B mm E1 3 Quantity v alue mm 100 80 60 40 20 100 80 60 40 20 START Position XI LANH C S4 mm 100 80 60 40 20 D BÀI TẬP CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KHÍ NÉN THEO TẦNG Nhóm 1: Tên Sinh viên từ A- K: Bài: 1,2 Nhóm 2: Tên Sinh viên từ L- Z: Bài: 3,4 I BÀI TẬP P.P THIẾT KẾ THEO TẦNG KHÍ NÉN QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ: Phác thảo mạch khí nén; Biểu đờ hành trình bước; Lập bảng điều khiển qui trình; Thiết kế và mơ phỏng phần mềm: Simulation Pneumatics FluidSim 4.2 (Khi mô phỏng cho hiển thị State diagram) Lưu ý: Bước bước qui trình cơng nghệ cho biết Sinh viên thực Bước Bước Sau mô phỏng xong, mạch hoạt động Sinh viên thực hiện: - Copy dạng Object “mạch khí nén, mạch điện điều khiển State Diagram” FluidSim - Chuyển sang Word dán vào - Lưu tập làm được dạng File Word PDF II BÀI TẬP THAM KHẢO THÊM: ( 03 BÀI ) CÁC QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ CHO BÀI TẬP NHĨM 1: Bài 1,2 Ví dụ 01: Qui trình chiết rót - định lượng tự động Hệ thống gồm xy lanh: - Xy lanh 1A dùng để định lượng theo thể tích nguyên liệu vào chai, dừng thời gian T; - Xy lanh 2A dùng để định vị chai q trình chiết rót định lượng u cầu: - Tại S2 xy lanh 1A dừng thời gian T = giây để định lượng; - Chế độ làm việc: Nút ấn (1 chu kỳ) Công tắc (Tự động-AUTO); - Khi mô phỏng cho hiển thị trạng thái: Xi lanh A, B Thời gian dừng T Program /1A+(T)1A-2A-2A+/ a Yêu cầu mạch khí nén: State Diag Xi lanh 1A S1 Xi lanh 2A S2 Y2 S4 Designation Xi lanh 1A Y1 S3 Y3 Y4 Xi lanh 2A Tang 1b Sơ đồ hành trình bước: Tang Program /1A+(T)1A-2A-2A+/ Bước thực E1 Xi lanh 1A E2 S2 S1 S1 12 S2 ^ T S4 S1 S4 Xi lanh 2A 1 S3 START S4 S3 Ví dụ 02: Hệ thống đóng gói tự động - Một hệ thống tự động dây chuyền đóng gói sản phẩm, hộp chứa chi tiết, các chi tiết này được cung cấp từ băng tải - Xy lanh A có nhiệm vụ tạo chuyển động quay mâm xoay, mâm xoay này chỉ xoay chiều thơng qua cấu cóc (quá trình xy lanh A thì mâm sẽ xoay 900, quá trình về không làm di chuyển xoay) - Xy lanh B mang phễu hút chân không di chuyển theo hướng lên xuống để hút chi tiết bỏ vào hộp - Xy lanh C có nhiệm vụ tạo chuyển động di chuyển theo hướng ngang xy lanh B để di chuyển chi tiết từ băng tải tới hộp chứa Các chi tiết được băng tải di chuyển theo hàng - Các phễu hút chân không được di chuyển lên xuống để hút nhả vật vào hộp Program /A+B+B-C-B+B-C+A-/ Yêu cầu: - Chế độ làm việc: Nút ấn (1 chu kỳ) Công tắc (Tự động-AUTO); - Khi mô phỏng cho hiển thị trạng thái: Xi lanh A, B, C Tín hiệu Y7 a Cho mạch khí nén: XI LANH A S1 XI LANH BS3 S2 S4 XI LANH C S5 HUT CHAN KHONG S6 Y7 Y1 Y2 Y4 L1 Y3 Y5 Y6 3 b Sơ đồ hành trình bước: Program /A+B+B-C-B+B-C+A-/ Bước L2 L3 L4 1 S2 S1 Xi lanh B E2 1 1 S6 S5 5 E1 S3 S5 S6 12 S3 S3 S4 S3 Phễu hút Hút E3 chânS5 không (suction) Nhả Xi lanh C S4 S4 S2 1 31 S2 Xi lanh A S6 2 E4 S1 NHĨM 2: Bài 3,4 Ví dụ 03: Máy gấp tơn tự động QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ Program /A+B+B-C+C-A-/ Khi ta bậc công tắc nhấn nút pittơng A kẹp chặt phơi Sau đó pittông B uốn cong phôi lần đầu với góc 90 Sau đó pittơng B lùi pittông C thực uốn cong phôi lần hai với hình dáng giớng với chữ U, sau đó pittơng C lùi Khi pittơng C lùi pitông A lùi phôi được lấy ra, tiếp tục chu kỳ làm việc Yêu cầu: - Xi lanh A, C dùng van đảo chiều 5/2: phía lị xo, - Xi lanh B dùng van 5/2: phía khí nén; - Chế độ làm việc: Nút ấn (1 chu kỳ) Công tắc (Tự động-AUTO); - Khi mô phỏng cho hiển thị trạng thái: Xi lanh A, B, C Tín hiệu Y1, Y5 S2 50% Y1 Y3 XI LANH C S4 50% XI LANH B S3 51% S1 50% 50% XI LANH A Xi lanh A, C van đảo chiều 5/2: phía lị xo, Xi lanh B dùng van 5/2: phía khí nén; S6 Y5 Y4 S5 51% a Yêu cầu mạch khí nén: 3 1 b Sơ đồ hành trình bước: Program /A+B+B-C+C-A-/ S2 Xi lanh A S1 S2 S1 S4 S4 Xi lanh B S3 S3 S6 S6 Xi lanh C S5 S5 Ví dụ 04: Hệ thống xếp chai tự động Một hệ thống xếp chai tự động: hộp xếp vào chai • Xy lanh 1A có nhiệm vụ đẩy hộp đến vị trí để xếp chai • Xi lanh 2A lần lượt đẩy chai vào hộp • Sau đó xi lanh 1A lùi Kết thúc chu kỳ làm việc Xi lanh 1A S1 a Mạch khí nén: S2 Xi lanh 2A Y2 Y4 b Sơ đồ hành trình bước: Xi lanh 1A S2 S1 Xi lanh 2A Y3 S4 Y1 Bước thực S3 3 10 S2 S4 S4 S4 S1 S4 S4 S3 S3 S3 Yêu cầu: - Chế độ làm việc: Nút ấn (1 chu kỳ) Công tắc (Tự động-AUTO); Reset đếm tay - Khi mô phỏng cho hiển thị trạng thái: Xi lanh A, B mal c Lập bảng điều khiển qui trình Quá trình đếm (bước 3) xem tầng L2 Bước hành trình Hành trình pitong (Cơ cấu chấp hành) Tín hiệu (Output) Tầng (Line) Phần tử chuyển tầng Flip-Flop (Xử lý) 1A+ 2A+ 2A- 1A- Y4 Y2 Y1 Y3 L1 L2 L3 02 – van đảo chiều 5/2 Tín hiệu vào đầu tầng START ^ S1 E1, E2, E3 Tín hiệu vào (Input) C S2 S3 S4 S3 Tín hiệu vào tầng: S3 , S4 (tầng 2) S3 (tầng 3) Program /1A+ 2A+2A- 1A-/ Phương trình tín hiệu Y: Tầng (L1): Bước 1: 1A+ Y1 = L1 Tầng (L2): Bước 2: 2A+ Y3 = L2 ^ S3; Bước 3: 2A- Y4 = L2 ^ S4; Tầng (L3): Bước 4: C- Y2 = L3 ^ S3 Tín hiệu vào đầu tầng tín hiệu Counter E3 = C Khi đếm xong, xi lanh 2A phải lùi chạm S3, Y2 có khí nén để 1A- CÁC QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ THAM KHẢO THÊM ( 03 Bài) Bài 01: TRẮC NGHIỆM KÉO THẢ (ĐIỀN THÊM) Cho qui trình có sơ đờ hành trình bước Hình sau: Điền tiếp điểm cịn thiếu vào mạch điều khiển: Bài 02: TRẮC NGHIỆM CHỌN ĐÚNG: Cho mạch điều khiển khí nén Hình Hãy chọn đúng tương ứng Sơ đờ hành trình bước Bài 03: ĐIỀN CÁC BƯỚC THỰC HIỆN: Dựa vào mạch đã cho Hình, chọn đúng thứ tự bước thực hiện: ... (L3) không hoạt động ( khơng có khí nén) Bước 4: Thiết kế mơ mạch khí nén 50 % Y2 Y3 S2 S3 XI LANH C S4 51 % Y1 S3 Y4 S1 Y6 S6 Y5 S5 51 % XI LANH B S2 50 % S1 50 % 50 % XI LANH A 3 L1 L2 L3 Program... tầng (L3) khơng hoạt động ( khơng có khí nén) Bước 4: Thiết kế mơ mạch khí nén XI LANH B S3 XI LANH C 50 % 50 % Y1 S4 Y3 2 S2 S6 Y5 S5 51 % S2 51 % S1 50 % 50 % XI LANH A S1 S3 1 3 L1 L2 State Diagram... 80 60 40 20 D BÀI TẬP CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KHÍ NÉN THEO TẦNG Nhóm 1: Tên Sinh viên từ A- K: Bài: 1,2 Nhóm 2: Tên Sinh viên từ L- Z: Bài: 3,4 I BÀI TẬP P.P THIẾT KẾ THEO TẦNG KHÍ NÉN QUI TRÌNH CƠNG