TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY Lực Bộ MÔN MÁY XÂY DỰNG BÀI GIẢNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY Lực VÀ KHÍ NÉN NÀM2018 0 LỜI NÓI ĐÀU Môn “Truyền động thủy lực và khỉ nén ” là một trong những môn học quan trọng của chương trìn[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY Lực Bộ MÔN MÁY XÂY DỰNG BÀI GIẢNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY Lực VÀ KHÍ NÉN NÀM2018 LỜI NĨI ĐÀU Mơn “Truyền động thủy lực khỉ nén ” môn học quan trọng chương trình đào tạo học viên cao học ngành Kỹ thuật khí Bài giảng biên soạn nhăm đáp ứng nhu câu học viên cao học khoa Cơ khí Trường đại học Thủy Lợi vê sách tài liệu chuyên ngành Bài giảng “Truyền động thủy lực khỉ nén ” gồm 05 chương có nội dung đề cập đến khải niệm truyền động thủy khỉ; cấu thành hệ thống truyền động thủy khí; tơng họp phân tích hệ thống truyền động thủy khí; hệ thống điều khiên nâng cao truyền động thủy khỉ; hệ thống điều khiến servo Bài giảng “ Truyền động thủy lực khỉ nẻn ” phục vụ tốt cho việc học tập, giảng dạy nghiên cứu học viên giảng viên khoa Cơ khỉ nói riêng sinh viên Trường Đại học Thủy Lợi nói chung Nhóm tác giả biên soạn xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp cản giảng dạy Bộ mơn Mảy xây dựng, khoa Cơ khí, trường Đại học Thủy Lợi, đọc góp ỷ cho tài liệu Nhóm tảc giả xỉn chân thành cảm ơn độc giả, bạn đồng nghiệp tiếp tục góp ý kiến đế tài liệu ngày hồn chỉnh hơn, đáp ứng yêu cầu học tập nghiên cứu bạn đọc Nhóm biên soạn: TS Nguyễn Anh Tuấn GVC Nguyễn Hữu Tuấn MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHƯNG 1.1 MỞ ĐẦU 05 1.1.1 Kỹ thuật truyền động thủy khí 05 1.1.2 ưu điêm kỹ thuật thủy khí 07 1.1.3 Các ứng dụng kỹ thuật thủy khí 09 1.1.4 Các phần tử hệ thống truyền động thủy khí 13 1.2 TÍNH CHÁT CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ 15 1.2.1 Mơ đun đàn hồi 17 1.2.2 Tính nhớt 18 1.2.3 Chỉ số độ nhớt 23 1.3 CÁC ĐỊNH LUẬT, PHƯƠNG TRÌNH BẢN 26 1.3.1 Sự khuếch đại lực (địnhluật pascal) 27 1.3.2 Bảo tồn luợng 30 1.3.3 Phuơng trình liên tục 31 1.3.4 Phương trình bemoulli 32 1.3.5 Định lý torricelli 35 1.3.6 Dòng chảy tầng chảy rối 36 1.3.7 Số reynolds 38 1.3.8 Phương trình darcy 39 1.3.9 Tổn thất ma sát trongdòng chảy tầng 40 1.3.10 Tổn thất ma sát dòng chảy rối 40 1.3.11 Tốn thất van đầu nối 42 CHƯƠNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ 2.1 GIỚI THIỆU CHƯNG 43 2.2 BƠM THỦY Lực 43 2.2.1 Lý thuyết bơm 45 2.2.2 Phân loại bơm 46 2.3 XI LANH THỦY Lực 55 2.3.1 Các đậc tính làm việc xy lanh thủy lực 56 2.3.2 Các kiểu lắp xy lanh liên kết khí 58 2.3.3 Lực, vận tốc công suất xy lanh 59 2.4 MỒ Tơ THỦY Lực 61 2.4.1 Động thủy lực quay hạn chế 62 2.4.2 Động bánh 64 2.4.3 Động cánh gạt 65 2.4.4 Động piston 67 2.5 CÁC PHÀN TỬ Cơ BẲN 68 2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH VẶN TỐC Cơ CẤU CHẤP HÀNH73 2.6.1 Phuơng pháp thể tích 73 2.6.2 Phương pháp tiết lưu 74 2.6.3 Các cấu hình đặc biệt 75 2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÒNG Bộ Cơ CẤU CHẤP HÀNH 79 2.7.1 Đồng Bơm thủy lực đồng trục có động cơ: 79 2.7.2 Đồng tiết lưu 79 2.7.3 Đồng sử dụng mạch cầu 80 2.7.4 Đồng sử dụng moto 80 2.7.5 Đồng dùng Bơm chia lưu lượng 80 2.7.6 Đồng van tỷ lệ, van servo 81 CHƯƠNG TÔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 83 3.2 CÁC MẠCH THỦY Lực BẢN 84 3.2.1 Mạch xy lanh tái tạo 84 3.2.2 Hệ thống thủy lực bơm kép 86 3.2.3 ứng dụng van chống rơi 87 3.2.4 Mạch hoạt động trình tự xy lanh thủy lực 87 3.2.5 Hệ thống chuyển động qua lại tự động xy lanh 88 3.2.6 Sử dụng van chiều có điều khiển để khóa xy lanh 89 3.2.7 Mạch đồng xy lanh 89 3.2.8 Mạch an toàn 91 3.2.9 Hệ thống hãm động thủy lực 92 3.2.10 Mạch khí dầu (air-over-oil) 93 3.2.11 Hệ thống trợ động thủy-cơ 93 3.2.12 Điều khiến xy lanh tác động hai chiều van phân phối đóng mở bàng khí nén 94 3.2.13 Hệ thống điều khiển chu kỳ hoạt động xy lanh theo thời gian 95 3.2.14 Hệ thống điều khiến hai tốc độ tiến 95 3.2.15 Hệ thống điều khiển hai tay để đảm bảo an toàn 96 3.2.16 Hệ thống điều khiển mồ tơ khí nén 97 3.2.17 Sự giảm tốc độ cho xy lanh khí nén 97 CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 99 4.2 CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIẾN co BẲN 99 4.3 MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẢN 104 4.3.1 Điều khiến xylanh sử dụng công tắc hành trình đơn 104 4.3.2 Chuyển động qua lại xylanh sử dụng công tắc áp suất công tắc hành trình 105 4.3.3 Mạch phối hợp hai xylanh 107 4.3.4 Hệ thống phân loại hộp 108 4.3.5 Điều khiến điện cho mạch tái sinh 110 4.3.6 Bộ đếm, đếm thời gian chuyển động qua lại xy lanh thủy lực 111 4.4 HỆ THÓNG ĐIÊU KHIỂN LOGIC 112 4.4.1 Giới thiệu chung 112 4.4.2 Hệ thống điều khiển MPL 114 4.4.3 ứng dụng MPL mạch điều khiển thủy khí 118 4.4.5 Giới thiệu đại số boole 120 CHƯƠNG HỆ THÔNG ĐIỀU KHIÊN SERVO 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG 127 5.2 CÁC LOẠI VAN SERVO 127 5.2.1 Van servo thủy 127 5.2.2 Van servo điện thủy lực 127 5.3 CÁC THÀNH PHÀN CỦA HỆ THÔNG SERVO ĐIỆN-THỦY 133 5.4 TÍNH TỐN HỆ THỐNG SERVO ĐIỆN-THỦY 136 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 MỞ ĐÀU 1.1.1 Kỹ thuật truyền động thủy khí Kỳ thuật truyền động thủy khí lĩnh vực cơng nghệ liên quan đến việc tạo ra, điều khiên, truyền lượng chất lỏng chất khí có áp suất cao Người ta nói kỹ thuật truyền động thủy khí sức mạnh làm chuyến động ngành cơng nghiệp Sở dĩ nói kỹ thuật truyền động thủy khí ứng dụng đế tạo lực đẩy, kéo, điều khiên dẫn động tất loại máy công nghiệp đại Ví dụ, hệ thống lái phanh tồ, phóng tàu vũ trụ, di chuyển đất, thu hoạch mùa màng, khai thác than, dẫn động máy công cụ, điều khiến máy bay, chế biến thức ăn, chí hàn y tế Trong thực tế khơng thể tìm thấy sản phẩm chế tạo máy mà không liên quan đến kỹ thuật truyền động thủy khí cách giai đoạn q trình sản suất phân phối Hình 1-1 Cưa xích dẫn động thủy lực Kỹ thuật truyền động thủy khí gọi kỹ thuật thủy lực môi chất công tác chất lỏng gọi kỹ thuật khí nén mơi cơng tác chất khí Vì kỹ thuật truyền động thủy khí thuật ngữ chung dùng cho thủy lực khí nén Các hệ thống thủy lực dùng chất lỏng dầu mỏ, dầu tống hợp, nước Chất lỏng thủy lực dùng nước có sẵn Tuy nhiên, nước có nhiều nhược điếm Nó dễ đơng đặc lạnh, bồi tron kém, có xu hướng làm gỉ phận kim loại Dầu thủy lực tốt nhiều sử dụng rộng rãi thay cho nước Các hệ thống khí nén sử dụng khơng khí mơi chất khơng khí dồi dễ xả vào khí sau làm việc Có hai loại hệ thống thủy khí: hệ thống vận tải hệ thống truyền động thủy khí Các hệ thống vận tải thủy khí có nhiệm vụ vận chuyến chất long chất khí từ nơi đến nơi khác để thực mục tiêu Ví dụ trạm bơm cấp nước ăn, đường ống vận chuyển khí đốt tới cho hộ gia đình hệ thống xử lý hóa học thành phần hóa học dẫn đến từ địa điểm khác để tác động với Các hệ thống truyền động thủy khí thiết kế đặc biệt đế thực cơng Công thực chất lỏng cao áp tác dụng trực tiếp lên xy lanh mô tơ thủy khí Xy lanh thủy khí sinh lực dẫn đến chuyển động thẳng tịnh tiến, ngược lại mơ tơ thủy khí sinh mơ men xoắn dẫn đến chuyên động quay Vì vậy, hệ thống truyền động thủy khí, xy lanh mơ tơ (gọi cấu chấp hành) tạo lực đê thực công mong muốn Tất nhiên, cịn cần phải có thêm phần tử điều khiển khác van để đảm bảo công thực dễ dàng, xác, hiệu an tồn Các chất lỏng mơi chất cứng vững đế truyền cơng suất hoạt động áp suất cao đế sinh lực mô men xoắn lớn dẫn động tải với độ xác cao Hình 1-1 mơ tả cưa xích dẫn động thủy lực lý tưởng để cắt tỉa lớn từ bệ đứng cao công việc cắt bỏ khác Các cưa xích thường công nhân điện làm việc dọc theo đường tải điện sử dụng chúng nhẹ, tin cậy, khơng ồn an toàn cưa dùng nguồn lượng xăng dầu Cưa xích dùng động thủy lực bánh có tổng trọng lượng 6,71b Nó hoạt động với lưu lượng từ đến 8gpm áp Hình 1-2 Bàn tay kỹ xảo điều khiển khí nén Ngược lại, hệ thống khí nén có đậc tính dao động tính nén chất khí Tuy nhiên, chế tạo vận hành hệ thống khí nén rẻ Hơn nữa, có nhiều phương pháp đế điều khiến hoạt động cấu chấp hành khí nén dẫn động tải Vì hệ thống khí nén dùng có hiệu nơi cần áp suất thấp dẫn động tải không yêu cầu lực lớn Hình -2 mơ tả bàn tay khéo léo điều khiến khí nén Bàn tay thiết kế đế nghiên cứu khéo léo tay máy thao tác người ứng dụng người máy khả xúc giác Các cấu chấp hành khí nén tạo cho bàn tay khả cầm nắm thao tác bàn tay người Các đặc tính hoạt động chủ yếu bao gồm tốc độ cao việc thực động tác, sức mạnh để dễ dàng cầm vật có kích thước lớn có tỷ trọng lực điều khiên cầm nắm khác Bàn tay có ba ngón ngón đối diện Mỗi khớp bố trí hai cấu chấp hành khí nén (được đặt hộp) dẫn động qua dây kéo có độ bền cao 1.1.2 Ưu điểm kỹ thuật thủy khí Có ba phương pháp để truyền lượng: điện, khí, thủy khí Hầu hết ứng dụng sử dụng kết hợp ba phương pháp đế có hệ thống có hiệu suất cao Đe xác định xem dùng phương pháp thích hợp cần phải biết đặc trưng nối bật loại Ví dụ: hệ thống thủy khí truyền công suất cách kinh tế khoảng cách lớn hon loại truyền động khí, lại ngắn nhiều so với hệ thống truyền động điện Bí thành công ứng dụng rộng rãi kỹ thuật truyền động thủy khí tính linh hoạt dễ điều khiển Hệ thống truyền động thủy khí khơng bị cản trở hình dạng hình học máy móc hệ thống khí Năng lượng truyền độ lớn hệ thống thủy khí khơng bị giới hạn hạn chế vật lý vật liệu hệ thống điện Ví dụ: đặc tính nam châm điện bị hạn chế giới hạn bão hịa từ thơng thép Cơng suất truyền hệ thống thủy khí bị hạn chế độ bền học vật liệu (như thép) dùng cho phần tử Công nghiệp phụ thuộc ngày nhiều vào vào kỹ thuật tự động hóa để tăng suất Điều bao gồm điều khiên từ xa điều khiến trực tiếp hoạt động sản xuất, quy trình chế tạo máy vận chuyến vật liệu Kỹ thuật truyền động thủy khí thích hợp cho ứng dụng tự động hóa có bốn ưu điếm sau: Hình 1-5 Hoạt động thùy lực bánh xe mũi máy bay (1) Điều khiến dễ dàng xác Bằng việc dùng cần gạt nút ấn nên hoạt động hệ thống thủy khí dễ khởi động, dừng, tăng giảm tốc độ, vị trí lực đế tạo nên công suất mong muốn với dung sai khoảng 1/1000 inch Hình 1-5 mơ tả hệ thống truyền động thủy khí cho phép phi cơng nâng hạ mũi máy bay Khi phi công điều chỉnh cần gạt nhỏ van điều khiển theo chiều, dầu có áp chảy đến đầu xy lanh để hạ tiếp đất Đẻ co bánh người phi công gạt cần van theo chiều ngược lại, cho phép dầu chảy vào đầu xy lanh (2) Khuếch đại lực Một hệ thống thủy khí (khơng sử dụng bánh răng, puli tay địn cồng kềnh) tăng lực lên nhiều lần cách đơn giản hiệu từ vài chục gam lên hàng trăm đầu Hình -6 mô tả ứng dụng nơi cần dẫn động có cơng suất lớn để vận chuyển khúc gỗ to Trong trường hợp này, bàn quay dẫn động động thủy lực, mang tải 20.000 Ib với bán kính 10-ft, tương ứng với mô men quay 200.0001b.ft điều kiện hoạt động khó khăn Hình 1-6 Bàn quay dẫn động thủy lực đế vận chuyến khúc gỗ lớn (3) Lực hay mô men không đối Chỉ có hệ thống truyền động thủy khí có khả cung cấp lực hay mô men không đổi không phụ thuộc vào thay đổi vận tốc Điều thực dù cồng để di chuyển vài inch giờ, hay vài trăm inch phút, vài vòng quay giờ, hay hàng ngàn vịng quay phút Hình -7 mô tả ứng dụng hải dương học liên quan đến thăm dò phát triến nguồn lợi đại dương lợi ích nhân loại Điều quan trọng người điều khiến trì lực giữ cố định thông qua việc điều khiển tay nắm Hình 1-7 ứng dụng truyền động thủy khí hải dương học Hình 1-8 Hệ thống điều khiến lái truyền động thủy khí cho xe vận chuyển ) (4) Đơn giản, an tồn, kinh tế Nói chung, hệ thống thủy khí sử dụng phận so với hệ thống điện khí Vì vậy, bảo dưỡng vận hành chúng đơn giản Điều làm tăng độ an toàn, nhỏ gọn, tin cậy Hình 1-8 mơ tả hệ thống điều khiển lái thiết kế cho xe vận tải Cụm lái (gắn với trụ lái Hình 1-8) bao gồm van phân phối điều khiên tay tiết lưu vỏ Vì cụm lái kết nối hồn tồn chất lỏng nên liên kết khí, nối trục nhiều chiều, ổ trục, hộp giảm tốc v.v bị loại bỏ Điều làm cho hệ thống nhỏ gọn đơn giản Hơn nữa, hệ thống điều khiển lái yêu cầu mơ men xoắn nhỏ Các lợi ích khác hệ thống thủy khí chuyến động đảo chiều nhanh, tự động bảo vệ chống lại tải, điều khiến vơ cấp vận tốc Các hệ thống thủy khí có tỷ số cơng suất trọng lượng cao nguồn lượng biết Nhược điếm kỹ thuật truyền động thủy khí Mặc dù có nhiều un điểm trên, kỹ thuật truyền động thủy khí có hạn chế ứng dụng Ví dụ, dầu thủy lực dễ gây bân, rò rỉ khồng tránh khỏi Đường ống thủy lực vỡ, làm bị thương cho người tia dầu tốc độ cao mẩu kim loại thiết kế không họp lý Làm việc lâu dài tình trạng tiếng ồn kéo dài, phát từ bơm dẫn đến thính giác Hầu hết dầu thủy lực gây cháy rị rỉ dầu xảy vùng khí hậu nóng Trong hệ thống khí nén, phận bình chứa khí nén bình tích có khả bị nổ áp suất làm việc tăng vượt giới hạn an tồn Vì ứng dụng phải nghiên cứu kỹ lưỡng toàn diện để xác định điều kiện cho hệ thống làm việc tốt 1.1.3 Các ứng dụng kỹ thuật thủy khí Mặc dù đưa số ứng dụng kỹ thuật truyền động thủy khí, ví dụ bổ xung mô tả đầy đủ việc sử dụng rộng rãi chúng (ỉ) Kỹ thuật truyền động thủy khí dân động xe cáp treo: Hầu hết xe điện treo cao yêu cầu dây cáp kéo đế di chuyển lên xuống dốc Tuy nhiên, xe treo cao chở 22 hành khách truyền động điều khiển thủy lực mơ tả Hình 1-9 điều có khơng hai Nó tự đẩy di chuyển dây cáp cố định, người vận hành dừng, khởi động, đảo chiều xe cách hoàn toàn độc lập với xe khác hệ thống Tô họp dẫn động xe chạy cao gồm bơm (được dẫn động động xăng xy lanh tiêu chuấn), cung cấp chất lỏng cao áp tới mô tơ thủy lực Mỗi mô tơ dẫn l.Cực điện trên; Ống đàn hồi; Tấm chắn; Cực điện dưới; Thanh phản hồi; Cửa cho dòng vào; 7.Áp suất nguồn; 8.NỐÌ với cấu chấp hành; 9.NỐÌ bế; 10 Nối với cấu chấp hành ; 11 Bộ lọc; 12 Con trượt; 13 Vòi phun; 14 Cuộn dây ; 15 Khung lắc; 16 lõi từ Hình 5-11: Tiết diện ngang van servo điện-thủy lực Hệ thống Hình 5-11 hệ thống servo mạch kín nhờ thiết bị phản hồi gắn liền với cấu chấp hành Thiết bị phản hồi chuyến động thẳng quay Hình 5-9 đê đo vị trí tốc độ piston chuyến thành tín hiệu điện tương ứng Tín hiệu đem so sánh với tín hiệu vào Neu tín hiệu khơng dúng với tín hiệu vào cơng tạo tín hiệu sai số Tín hiệu sai số khuyếch đại cung cấp cho động đế chỉnh sử vị trí vận tốc hệ thống nhằm triệt tiêu sai lệch Do đó, độ xác hệ thống khơng phụ thuộc vào yếu tố bên hệ thống thay đối nhiệt độ, áp suất Bộ chuyển đổi vị trí chuyển động thẳng chuyển động quay phải tỉ lệ với vị trí đo Bộ chuyển đổi thơng dụng thường dùng biến trở, tỉ lệ tuyến tính với chuyển động quay Hình 5-13 cho thấy biến trở gằn với phận chuyển động máy Tín hiệu vị trí lấy thơng qua vị trí chạy biên trở đầu Một điều khiến điện tạo tín hiệu điều khiến (Hình 5-9) có thê mơ đun điều khiển tay Hình 5-14 Thang chia độ thể vị trí vận tốc cấu chấp hành thủy lực Người vận hành đặt cần điều khiển vị trí mức vận tốc mong muốn 134 Hình 5-12: Máy đo vận tốc/mấy phát điện chiều Hình 5-13: Biến trở đo tín hiệu phản hồi quay Hình 5-14: Cụm điều khiển từ xa 135 5.4 TÍNH TỐN HỆ THỐNG SERVO ĐIỆN-THỦY Sơ đồ khối phần tử đơn: Phân tích hệ thống servo thực cách sử dụng sơ đồ khối thành phần mơ tả khối Hình chữ nhật Sơ đồ khối mô tả phần tử Hình chữ nhật sau: G Tín hiệu vàa >Tín hiệu G hàm truyền phần tử định nghĩa tỉ số tín hiệu tín hiệu vào G = hàm truyền = tín hiệu / tín hiệu vào (5-1) Ví dụ, sơ đồ khối máy bơm cho sau, tín hiệu vào tốc độ N (V/ph) tín hiệu ta la lưu lượng (1/ph) Neu bơm có lưu lượng 10 1/ph chạy tốc độ 2000 v/ph hàm truyền là: Gf = -ậ = = 0,005 (l/ph)/(V/ph) f N 2000 Sơ đồ khối tổng quát toàn hệ thống: Sơ đồ khối cho hệ thống servo kín Hình 5-15 Khối G hàm truyền tổng tồn hệ thống tín hiệu sai số tín hiệu Hàm truyền tổng thường gọi hàm truyền mạch nằm đường dẫn Khối H hàm truyền phản hồi tín hiệu cộng Hàm truyền thường gọi hàm truyền liên hệ ngược nằm mạch dẫn tín hiệu phản hồi Tơng tín hiệu vào tín hiệu phản hồi âm cho tín hiệu sai số Một tham số quan trọng khác hệ thống servo hàm truyền mở, định nghĩa hàm truyền từ tín hiệu sai số tới tín hiệu phản hồi; Do đó, tích hàm truyền mạch hàm truyền mạch phản hồi: Hàm truyền mạch hở = GH (5-2) Hàm truyền mạch kín định nghĩa tỷ số tín hiệu hệ thống tín hiệu: Hàm truyến mạch kín = Tín hiệu hệ thống / tín hiệu vào hệ thống (5-3) Cũng hàm truyền mạch kín hàm truyền mạch chia cho biểu thức cộng với tích hàm truyền mạch hàm truyền mạch phản hồi: Hàm truyền mạch kín = -——— \ + GH (5-4) Bộ cộng ♦"Tín hiệu Tín hiệu vàoTín hiệu sai số Tin hiệu phản hồi Hình 5-15: Sơ đồ khối hệ thống kín 136 Như ta có: HT mạch kín = HT mạch / (1 + Hàm truyền mạch hở) (5-5) Tần số trạng thái chuyển tiếp: Mỗi thành phần hệ thống servo tạo chậm pha giảm biên độ Đối với tín hiệu vào hình sin (có dùng đê xác định phản ứng với tần số hệ thống servo), hàm truyền mạch hở lớn 1, lệch pha từ tín hiệu vào đến tín hiệu phản hồi 180°, hệ thống khơng ổn định Bởi tín hiệu phản hồi đồng pha với tín hiệu vào dạng sóng hình sin tạo dao động với biên độ lớn lớn hệ thống bị phá vỡ có tác động phịng ngừa Tín hiệu vào khoảng % tín hiêu mong luồn (bF Tín hiệu Hình 5-16: Tín hiệu chuyến tiếp ốn đinh khơng ơn định, (a) Tín hiệu vào, (b) Tín hiệu ổn định, (c) tín hiệu khơng ổn định Hình 5-16 (b) (c) trạng thái chuyển tiếp ổn định không ốn đinh hệ thống servo tương ứng tín hiệu vào tín hiệu nhảy vọt cấp đơn vị Hình 5-17 (a) mơ tả tín hiệu vào điện áp khơng đối tác động t = để có tín hiệu mong muốn Quan sát chúng 137 hệ thống ổn định có điều chỉnh quá, dao động đầu nhanh chóng giảm tiến tới trạng thái ổn định mong muốn Hệ thống không ổn định mô tả lặp lặp lại dao động khơng tắt Và đó, trạng thái mong muốn đầu không đạt Sơ đồ khối chi tiết tồn hệ thống: Hình 5-17 sơ đồ khối chi tiết hệ thống điều chỉnh vị trí điện-thủy lực mạch kín Các thành phần mạch bao gồm khuếch đại, van servo xy lanh thuỷ lực Hàm truyền mồi thành phần quy định sau: Ga = hàm truyền khuếch đại (nA/V) Gsv = hàm truyền van servo (in3/s)/mA Gcyl = hàm truyền xy lanh (in/in3) H = hàm truyền chuyển đồi phản hồi (V/in) Hàm truyền hở có thê xác định tích hàm truyền; TTV Ă ^rr in Hàm truyền hở = GH = GA Gsv G ! H V /s ưi VI mA in A =s (5-6) Vì vậy, với vị trí hệ thống, đơn vị vịng mở hàm thuận nghịch thời gian V in Hình 5-17: Sơ đô khôi chi tiêt hệ thông điện-thủy lực kín điêu khiên vị trí Bộ điều khiển logic khả trình (PLC): PLC một máy tính điện tử dễ sử dụng thiết kế đế thực hàm logic AND, OR, NOT kiếm soát hoạt động thiết bị công nghiệp trình hoạt động PLC, sử dụng thay cho rơ-le điện, bao gồm phần tử logic trạng thái rắn, cho định logic cung cấp kết đầu tương ứng Không giống máy tính vạn năng, PLC thiết kế đê hoạt động công nghiệp, môi trường nhiệt độ độ ấm cao Ngoài ra, PLC thiết kế không bị ảnh hưởng tiếng ồn điện gây thường thấy nhà máy công nghiệp 138 Hình 5-18: Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Hình 5-18 mô tả PLC thiết kế đế thực nhiều nhiệm vụ tự động hóa khác Bộ PLC cung cấp cho người sử dụng dịch vụ thân thiện, từ cài đặt để xử lý hư hỏng bảo trì Kích thước nhỏ gọn (3,lx5,lx2,4in) cho phép gắn trực tiếp vào bảng điều khiến PLC cung cấp ưu điếm nối trội so với hệ thống điều khiến điện-cơ rơ-le sau: Điện-cơ rơ-le phải nối với dây dẫn cứng đế thực chức cụ thể Vì vậy, yêu cầu thay đổi hoạt động hệ thống, phải lại đường dây nối ro le PLC hoạt động tin cậy nhanh Nó có kích thước nhỏ dễ dàng mở rộng Nó cần lượng điện tốn cho số chức điều khiển Các cụm PLC Như Hình 5-19, PLC bao gồm ba cụm sau đây: Bộ xử lý trung tâm (CPU) Tượng trưng cho “bộ não" PLC Nó chứa mạch vi xử lý với nhớ cố định nhớ thay đổi Bộ nhớ cố định chứa chương trình thiết lập nhà sản xuất Nó thiết lập họp vi mạch chip (IC) gọi nhớ đọc (ROM) nhớ không thay đối trình hoạt động bị CPU điện Bộ nhớ động lưu trữ vi mạch chip (IC) lập trình thay đổi người sử dụng Bộ nhớ 139 cất giữ vào chip (RAM) thông tin lưu trữ chip RAM (bộ nhớ tức thời) bị điện Nói chung, CPU nhận liệu đầu vào từ cảm biến thiết bị khác thiết bị chuyến mạch, thực cất giữ chương trình, cung cấp tín hiệu đầu tương ứng tới thiết bị kiểm soát tải khác cuộn dây rơ-le cuộn dây điện Tín hiệu — vào từ thiết bị đo Thiết bị chấp hành Hình 5-19: Sơ đồ khối PLC Các PLC Hình 5-18 lưu chương trình người sử dụng nhớ không đột ngột cho an tồn Vì vậy, khơng cần thiết phải có pin dự phịng đê ngăn ngừa mát chương trình người sử dụng điện bị điện 2, Chương trình / Hình (PM) Nó cho phép người dùng nhập chương trình mong muốn vào nhớ RAM CPU Các chương trình, nhập theo logic bậc thang, xác định trình tự hoạt động hệ thống thủy lực kiểm soát PM cần phải kết nối với CPU nhập giám sát chương trình Lập trình thực cách nhấn phím bàn phím PM PM giám sát thiết bị cầm tay với đèn phát sáng(LED) thiết bị máy tính đế bàn với hình hiển thị (CRT) Hình 5-20 cho thấy bảng giao diện điều khiển bàn phím tù’ xa dùng cho PLC Hình 5-18 Bảng bàn phím điều khiển từ xa cung cấp cho thao tác viên khả tương tác với PLC thời gian cài đặt hoạt động máy Nó có hình độ phân giải cao với góc nhìn rộng để lưu giữ thơng báo Cái bàn phím cho phép nhà điều hành đế chạy chương trình liên tục theo kiêu bước một, giám sát tất chức thời gian thực, soạn thảo điều phối chương trình, chương trình in xuất nguồn chương trình Hình 5-21 cho thấy ứng dụng PLC này, cửa vào ô tô lắp ráp cách sử dụng hệ thống kẹp khí nén 140 El F2 F3 F4 - Manual Mode PutoMatic Mode DiaSfKJsLics F araueter Entr =* ISIS ISIS ISIS 0®E Q®0 Q00 Hình 5-20: Bảng điều khiển từ xa cho PLC Hình 5-21: ứng dung PLC dây truyền lắp ráp ô tô Mô đun vào/ra (I/O): mô đun giao diện hệ thống thủy lực thiết bị cảm biến đầu vào, đầu CPU Mục đích mơ đun I / o đế biến đối tín hiệu khác nhận hay gửi đến hệ thống thủy lực từ thiết bị giao diện như: núm nhấn cồng tắc, công tắc áp suất, công tắc hạn chế hành trình, rơ-le cuộn dây mô tơ, cuộn điện từ đèn thị Những thiết bị giao diện nối với dây dẫn cứng thiết bị đầu cuối mơ đune I/O PLC cùa Hình 5-18 chứa mạnh 16-bit, xử lý 20-MHz Đa nhiệm lên đến 64 chương trình cho phép người dùng chia nhiệm vụ kiểm sốt dễ quản lý Như Hình 5-18 PLC chứa 12 đầu vào đầu ra, số theo dõi diode phát sáng 141 (light-emitting ) PLC lập trình hóa (off-line) so đồ logic thang sử dụng vi máy tính Hình 5-22 Khả bao gồm việc tạo dự án, chỉnh sửa chương trình, tải tài liệu Hệ thống cho phép người sử dụng đế giám sát q trình kiếm sốt thời gian hoạt động cung cấp thông tin tình trạng thiết bị bấm giờ, máy đếm, đầu vào đầu Hình 5-22 lập trình off-line cho PLC sử dụng máy tính cá nhân PLC điều khiển xi lanh thủy lực Đe cho thấy PLC hoạt động, nhìn vào hệ thống Hình 5-23, cho thấy kiểm soát xi lanh thuỷ lực cách sử dụng công tắc giới hạn Đối với hệ thống này, dây nối mơdun tín hiệu vao vật hình 5-24 (a) (b), tương ứng Lưu ý ràng có ba cảm biến thiết bị đầu vào kết nối với mô đun đầu vào thiết bị điều khiến thiết vi ra/ tải đế kết nối với mồ-đun đầu Các rơ-le điện không bao gồm sơ đồ kết nối I/O chức thay điều khiển PLC bên rơ-le 142 la) Hình 5-23: Điều khiển xy lanh thủy lực công tắc giới hạn Các sơ đồ logic bậc thang PLC xây dựng lập trình nhớ CPU Hình 5-25 (a) Lưu ý cách bố trí sơ đồ bậc thang PLC [Hình 5-25 (a)] tương tự cách bố trí rơ-le cứng có dây sơ đồ bậc thang (Hình 5-23) Hai ngang sơ đồ bậc thang rơ-le chuyến đối đến hai ngang sơ đồ logic thang PLC Những số sử dụng I / o kết nối số liệu tương tự sử dụng để xác định thiết bị điện sơ đồ PLC logic thang Các kí hiệu M đại diện cho tập hợp đóng tiếp xúc ký hiệu I' đại diện cho địa mở Các biểu tượng - - với số lượng 030 đại diện cho cuộn dây rơ-le mà điều khiên hai địa liên lạc với số 030, địa nhớ bên rơ-le Các cuộn dây rơ-le hai địa liên hệ cùa lập trình bên Các biểu tượng - - với số lượng 010 đại diện cho dây cuộn điện 143