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 4: CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN I HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ TỔNG QUÁT II VAN ÁP SUẤT III VAN ĐẢO CHIỀU (VAN ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG/VAN PHÂN PHỐI) IV VAN CHẮN V VAN TIẾT LƯU VI VALVE GROUPS: Rơ le thời gian, rơ le áp suất, đếm khí nén, Bộ khuyếch đại áp suất VII BẢNG KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ KHÍ NÉN VIII BÀI TẬP CHƯƠNG I HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN TỔNG QUÁT ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu chấp hành - Actuator) PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu tác động) (OUPUT) NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÍ NÉN PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU (PROCESSING) PHẦN TỬ NHẬN TÍN HIỆU (INPUT) Các phần tử hệ thống điều khiển khí nén II VAN ÁP SUẤT (Pressure Control Valves) • • • Van an toàn Van tràn Van giảm áp Van an tồn: Ký hiệu Cơng dụng ngun lý hoạt động: có nhiệm vụ giữ áp suất lớn mà hệ thống tải Khi áp suất lớn áp suất cho phép hệ thống, dịng áp suất khí nén thắng lực lị xo khí nén cửa P theo cửa R ngồi khơng khí 1(P) (P) 3(R) Van tràn: Công dụng nguyên lý hoạt động: van tràn tương tự van an toàn Nhưng khác chổ áp suất cửa P đạt giá trị xác định, cửa P nối với A, nối với hệ thống điều khiển Ký hiệu (P) 2(A) 3(R) I VAN ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT (Van giảm áp)- Pressure Control Valves a Công dụng: Giảm áp suất theo yêu cầu cửa ổn định áp suất p2 Ký hiệu b Nguyên lý: Khí nén từ cửa vào P1 qua cửa P2 tiết diên Ax: Tổn thất áp suất: p = p – p2 Tổn thất áp suất phụ thuộc vào tiết diện AX chảy qua van Tiết diện lớn, tổn thất nhỏ (tức p2 lớn) Tiết diện AX thay đổi chỉnh lò xo vít điều chỉnh Giá trị áp suất P2 hiển thị áp kế Khi có thay đổi bất thường tải trọng (áp suất) phía đường (P2) tăng lên, cấu màng nâng lên dịng khí nén qua lỗ cấu màng ngồi P1 Vít điều chỉnh P2 áp kế Lị xo Màng AX Khi áp suất P2 giảm xuống giá trị đặt ban đầu, màng hạ xuống giá trị áp suất P2 không đổi Cửa vào P1 Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1vG0d8k1ONPBH3WKJOvi6oUe-1uluE7o/view?usp=sharing 80 40 120 lbf/in2 bar 10 Cửa xả khí, p2 tăng Cửa P2 Nguyên tắc giữ áp suất p2 không đổi: Khi có thay đổi bất thường tải trọng làm việc phía đường p2, ví dụ p2 tăng, dịng khí đẩy màng xuống khí xả qua cửa Khi p2 giảm xuống, màng nâng lên vị trí ban đầu p2 Màng Ký hiệu p2 III VAN ĐẢO CHIỀU (Van điều khiển hướng/Van phân phối) (Configurable directional valves) Công dụng: Van đảo chiều (Van điều hướng) có nhiệm vụ điều khiển dịng lượng khí nén cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng dịng lượng khí nén (xi lanh) a Cơng dụng: đóng, mở dịng khí nén Vị trí: Dịng khí cửa bị chặn Nòng van (dịch chuyển) Thân van Vị trí: Dịng khí cửa qua cửa Ký hiệu b Cơng dụng: thay đổi hướng dịng khí nén Thay đổi hướng: khí cửa Ký hiệu Thay đổi hướng: khí cửa lên 2 Nguyên lý hoạt động van đảo chiều (van điều khiển hướng) Các van miêu tả thông số về: số cổng (cửa), số vị trí, vị trí thơng thường (vị trí khơng làm việc) phương thức tác động Số cửa thân van: Số cửa van đảo chiều Nòng van (lõi van/ trượt) dịch chuyển: Vị trí van Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1sVIRjKMSblCzfT7JMNTDtBZJYam_XYq1/view?usp=sharing Ký hiệu mũi tên cửa nối van đảo chiều (van điều khiển hướng) a Ký hiệu dịng khí nén: Bên vng vị trí đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động dịng khí nén qua van Trường hợp dịng khí nén bị chặn biểu diễn dấu gạch ngang 4(B) Tín hiệu tác động dịch chuyển Cửa nịng nối điề 1412(X) (Z) vankhiể bênntrái 2(A) nịng van bên phải 14 (Y) Cửa nối với cửa Cửa nối cửa Cửa thơng cửa Tín(Y) hiệuCử táca động dịch 12 nối điề u chuyển khiển Cửa nối với cửa 5(S) 3(R) 1(P) nối nguồn 1(P) khí Cửa nối cửa Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn Cửa thơng cửa b Ký hiệu cửa nối van đảo chiều Cửa van Ký hiệu theo ISO 5599 Ký hiệu theo ISO 1219 P Cửa nối làm việc 2, 4, 6, … A, B, C, … Cửa xả khí (ống giảm thanh) 3, 5, 7,… R, S, T, … Cửa nối tín hiệu điều khiển 12, 14, … X, Y,… Cửa nối với nguồn (từ lọc khí) Ký hiệu vị trí van đảo chiều (Van điều khiển hướng) Chuyển đổi vị trí nịng van biểu diễn vng liền với chữ o, a, b, c … hay số 0, 1, 2,… a o b a b 1 Vị trí "o" ký hiệu vị trí mà chưa có tác động tín hiệu ngồi vào Thơng thường van phía tác động lị xo, vị trí "o" nằm bên phải kề lị xo Những van có lị xo hồi van trạng thái Chúng có vị trí ưu tiên xác định tự động hồi Đối với van có ba vị trí vị trí ký hiệu "o" vị trí "không" Đối với van có hai vị trí, vị trí "khơng“ "a" hay "b", thơng thường vị trí bên phải vị trí "khơng" Van hai trạng thái khơng có vị trí ưu tiên giữ nguyên hai vị trí có hai xung tín hiệu tác động 5 3 c Rơ le đóng chậm theo chiều dương (Time Delay valve, normally closed) A X X X t1 A A P t1 R Kí hiệu theo ISO 1219 Biểu đồ thời gian Kí hiệu theo DIN 40 700 d Rơle nhả chậm (ngắt chậm) theo chiều dương (Time Delay valve , normally open) A X X X t1 A P Kí hiệu theo ISO 1219 R t1 Biểu đồ thời gian A Kí hiệu theo DIN 40 700 Rơ le áp suất khí nén (Pressure sequence valve) a Kết cấu: gồm cụm phần tử: van áp suất điều khiển từ xa, van đảo chiều 3/2 b Ngun lý hoạt động: Khi có tín hiệu áp suất vào cửa 12 đủ áp suất p u cầu (có thể từ nguồn khí nén khác) tác động vào van đảo chiều 3/2, khí nén cửa số nối với cửa số 2- Hình b Như áp suất khí nén p cửa 12 đạt yêu cầu, cửa có khí nén Ký hiệu van áp suất 12 đảo chiều 3/2 Biểu đồ áp suất p Hình b Bộ đếm khí nén (Pneumatic Counter) a Kết cấu: gồm cụm phần tử: Phần tử đếm - số (ký hiệu), van đảo chiều 3/2 b Nguyên lý hoạt động: Khi có tín hiệu xung khí nén đếm vào cửa 12(Y), phần tử đếm hoạt động đếm đủ số xung khí nén u cầu Sau tác động vào van đảo chiều 3/2, để khí nén cửa số 1(P) nối với cửa số 2(A) Phần tử đếm van đảo chiều 3/2 P(1) Nối nguồn khí A(2) Tín hiệu có khí nén, đếm xong Y (12) Tín hiệu xung khí nén đếm Z (10) Reset khí nén Ký hiệu Kết cấu Bộ đếm khí nén Y (12) Tín hiệu xung khí nén đếm Z (10) Reset khí nén P(1) Nối nguồn khí A(2) Tín hiệu có khí nén, đếm xong Bộ tăng áp (bộ khuyếch đại) khí nén – Hãng SMC – Nhật a Chức năng: ✓ Dùng để tăng áp suất cấp cho máy lên lần, tối đa lần ✓ Không cần cấp nguồn điện ✓ Phụ kiện kèm: đồng hồ đo áp suất (In – Out), giảm b Nguyên tắc: Dựa vào phương trình đẳng nhiệt: p1 V1 = p2 V2 Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1-H4JmubYoS-YWv_ejwiz0RvM0BbGTkWM/view?usp=sharing Video minh họa nguyên lý hoạt động phần tử Hệ thống điều khiển khí nén Xem Video 01 minh họa: https://drive.google.com/file/d/1lBEREl9PCKqgNIpIDlG7grqg3onkunCB/view?usp=sharing Xem Video 02 minh họa: https://drive.google.com/file/d/1ZlFc3_YKAdWM0RYklXr5KjVwlEJ7ZP7/view?usp=sharing VII BẢNG KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ KHÍ NÉN – Hãng SMC I SUPPLY ELEMENTS Máy nén khí ký hiệu 1.Bộ lọc ký hiệu Đồng hồ đo áp suất (áp kế) ký hiệu II CƠ CẤU CHẤP HÀNH (ACTUATORS) xy lanh tác động chiều, ký hiệu xy lanh không trục, ký hiệu Xy lanh tác động hai chiều, ký hiệu xy lanh quay, ký hiệu III VALVES PHẦN TỬ NHẬN TÍN HIỆU (INPUT ELEMENTS) Công tắc 5/2 ký hiệu Nút ấn 5/2 ký hiệu Nút ấn 3/2 ký hiệu 4 Công tắc hành trình 3/2 tác động chiều ký hiệu 5 3 Cơng tắc hành trình 3/2 tác động chiều ký hiệu 2 PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN (PROSSESING and OUTPUT ELEMENTS) Van 5/2: phía khí nén ký hiệu Van 5/2: phía lị xo ký hiệu 5 Van 5/3: phía phía khí nén ký hiệu Van logic AND ký hiệu Van logic OR ký hiệu 2 1 Bộ đếm ký hiệu Van xả khí nhanh ký hiệu Van tiết lưu chiều ký hiệu 2 12 10 Rơ áp suất ký hiệu Rơ le thời gian ký hiệu 2 12 3 12 10 VIII BÀI TẬP CHƯƠNG Thiết kế mơ 06 mạch điều khiển khí nén theo yêu cầu, xem Slide 38 - 43 a Phần gợi ý: Cho phần tử khí nén mạch b Nhiệm vụ: Nối dây điều chỉnh phần tử khí nén theo u cầu mơ phần mềm: Simulation Pneumatics FluidSim 4.2 ( Khi mô cho hiển thị State Diagram) c Lưu ý: Sau mô xong, mạch hoạt động Sinh viên thực hiện: Copy dạng Object “mạch khí nén State Diagram” FluidSim Chuyển sang Word dán vào Lưu tập làm dạng File Word hay PDF Ví dụ 01: Thiết kế mạch điều khiển khí nén với yêu cầu sau: • • Tác động vào nút ấn bàn đạp để điều khiển xy lanh tác động hai chiều chậm, nhanh Khi tác động, xy lanh tự động Phần gợi ý: Các phần tử khí nén mạch: XI LANH A State Diagram Designation 24 Quantity v alue 25 26 27 28 29 30 100 80 Position XI LANH A 60 mm 40 20 BAN DAP NUT AN 2 3 Ví dụ 02: Thiết kế mạch điều khiển khí nén với u cầu sau: • • Tác động đồng thời vào nút nhấn bàn đạp để điều khiển xy lanh tác động hai chiều nhanh, chậm Khi xy lanh tới cuối hành trình, chạm cơng tắc hành trình S2 xi lanh A tự động Phần gợi ý: Các phần tử khí nén mạch: XI LANH A S2 State Diagram Designation Quantity v alue 100 80 Position XI LANH A 60 mm 40 20 NUTAN BANDAP 2 S2 3 Ví dụ 03: Thiết kế mạch điều khiển khí nén với u cầu sau: • • Xy lanh A khi: tác động vào nút ấn HOẶC bàn đạp VÀ cơng tắc hành trình S1 bị tác động (đè lên) xy lanh A tác động hai chiều nhanh Xy lanh A lùi khi: Xy lanh tới cuối hành trình, chạm cơng tắc hành trình S2 xi lanh A tự động chậm Phần gợi ý: Các phần tử khí nén mạch: XI LANH A S1 S2 State Diagram Designation Quantity v alue 10 100 80 Position XI LANH A 60 mm 40 20 1 1 BAN DAP NUT AN S1 2 S2 3 Ví dụ 04: Điều khiển tùy động theo thời gian Mạch điều khiển theo yêu cầu : Khi nhấn nút ấn, Xi lanh chậm, chạm cơng tắc hành trình S2, xi lanh dừng thời gian giây (đèn sáng), sau tự động lùi với vận tốc chậm Phần gợi ý: Các phần tử khí nén mạch: Xi lanh A State Diagram Designation Quantity v alue S2 10 100 80 Position Xi lanh A 60 mm 40 20 a 14 Switching position 12 CT Hanh trinh S2 NUT AN 2 12 3 CT Hanh trinh S2 S2 Ví dụ 05: Điều khiển tùy động theo áp suất Mạch điều khiển theo yêu cầu : Khi nhấn nút ấn, Xi lanh chậm, Xi lanh tự động lùi về, áp suất cuối hành trình đạt yêu cầu p = bar Phần gợi ý: Mạch khí nén XI LANH A Designation Mô đặt áp suất p = bar Quantity v alue Position Xi lanh A mm 100 80 60 40 20 10 12 1.15% State Diagram Ap ke 14 Text 12 14 a RO LE AP SUAT Switching position NUT AN NUT AN Text Pressure Ap ke bar 3 12 Ví dụ 06: Điều khiển ứng dụng đếm (counter) Mạch điều khiển theo yêu cầu : - Khi nhấn nút ấn, Xi lanh chậm, chạm B2 (đèn sáng), Xi lanh tự động lùi về, trình lặp lại đếm lần, sau xi lanh dừng lại Phần gợi ý: Mạch khí nén Lưu ý: Nút ấn RESET, cách đặt số lần đếm Van đảo chiều 3/2 (Flipflop khí nén 3/2) Quantity v alue Position XI LANH mm mô lại, đặt n = lần 100 80 60 40 20 S1 2 S2 12 10 12 a S S2 RESET NUT AN NUT AN BO DEM (COUNTER) 14 Switching position Switching position S2 10 a S1 32.9% Designation 33.3% State Diagram XI LANH 3 ... hiệu xung khí nén đếm Z (10) Reset khí nén Ký hiệu Kết cấu Bộ đếm khí nén Y (12) Tín hiệu xung khí nén đếm Z (10) Reset khí nén P(1) Nối nguồn khí A(2) Tín hiệu có khí nén, đếm xong 4 Bộ tăng... yêu cầu, xem Slide 38 - 43 a Phần gợi ý: Cho phần tử khí nén mạch b Nhiệm vụ: Nối dây điều chỉnh phần tử khí nén theo yêu cầu mô phần mềm: Simulation Pneumatics FluidSim 4. 2 ( Khi mô cho hiển thị... Bộ đếm khí nén (Pneumatic Counter) a Kết cấu: gồm cụm phần tử: Phần tử đếm - số (ký hiệu), van đảo chiều 3/2 b Nguyên lý hoạt động: Khi có tín hiệu xung khí nén đếm vào cửa 12(Y), phần tử đếm