Giáo trình điều khiển khí nén, điện khí nén (nghề cơ điện tử trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, ĐIỆN KHÍ NÉN NGÀNH/NGHỀ: Cơ điện tử TRÌNH ĐỘ: Trung cấp (Ban hành theo Quyết định số: … /QĐ-CĐCG-KT&KĐCL, ngày … tháng năm Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cơ giới) Quảng Ngãi (Lưu hành nội bộ) 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 lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI NĨI ĐẦU Mức độ tự động hóa thiết bị, chất lượng chế tạo cao, độ xác cao, độ tin cậy lớn máy cụm kết cầu dùng truyền động khí – khí nén – điện Thơng tin chuyền tải dạng lượng phải tín hiệu tương tự, nhị phân tín hiệu số, xử lý với vận tốc nhanh Giáo trình mơ đun Điều khiển điện - khí nén đóng góp phần bổ sung kiến thức điều khiển tự động hóa Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ CĐN TCN, giáo trình mơ đun Điều khiển điện khí nén giáo trình đào tạo chuyên ngành Điện – điện tử, tự động hóa cơng nghiệp biên soạn theo nội dung chương trình khung, chương trình dạy nghề Bộ Lao động -Thương binh Xã hội Tổng cục dạy nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với Nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 120 gồm có: Bài 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển điện khí nén Bài 2: Các phần tử hệ thống điện khí nén Bài 3: Thiết kế, lắp đặt vận hành hệ thống điều khiển điện khí nén Bài 4: Vận hành kiểm tra hệ thống điều khiển điện - khí nén Bài 5: Tìm sửa lỗi hệ thống điều khiển điện - khí nén Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến người sử dụng, người đọc để nhóm biên soạn chỉnh hoàn thiện sau thời gian sử dụng MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………….2 BÀI 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN .13 1.Sơ lược lịch sử đời phát triển hệ thống điều khiển điện khí nén 13 2.Ưu, nhược điểm hệ thống điều khiển điện khí nén ………………… Phạm vi ứng dụng khí nén BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHIỂN KHÍ NÉN 43 Các loại van hệ thống điều khiển khí nén 1.1 Van đảo chiều .44 1.2 Van chặn .51 1.3 Van tiết lưu 51 1.4 Van áp suất 53 1.5 Van logic 55 Các phần tử điện 62 2.1 Công tắc 62 2.2 Nút ấn 62 2.3 Rơ le .63 2.4 Cơng tắc hành trình điện – .63 2.5 Cơng tắc hành trình nam châm .64 2.6 Cảm biến cảm ứng từ 66 2.7 Cảm biến điện dung 68 2.8 Cảm biến quang 70 Xy lanh, biểu diễn trình hoạt động biểu đồ trạng thái Sơ đồ chức hệ thống điều khiển điện khí nén 72 3.1 Xy lanh 3.2 Biểu diễn trình hoạt động hệ thống biểu đồ trạng thái 76 BÀI 3: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN .94 Nguyên lý thiết kế hệ thống điều khiển điện khí nén 95 1.1 Các phần tử điện: 95 1.2 Các phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện khí nén rơ le: 96 1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển theo tầng sử dụng phương pháp chuỗi bước có xóa 98 Điều khiển xy lanh van hai cuộn dây 102 2.1 Thiết kế mạch điều khiển có cảm biến tiệm cận – hành trình tự thu xy lanh van điều khiển hướng khơng sử dụng lị xo .102 2.2 Cảm biến tiệm cận với rơle 104 2.3 Điều khiển xy lanh với hàm AND, OR 108 2.4 Điều khiển xy lanh với van cuộn dây – Điều khiển tự trì 109 Điều khiển hai xy lanh .110 3.1 Điều khiển trạm phân phối làm việc chu trình 110 3.2 Điều khiển trạm phân phối làm việc lớn chu trình 112 Biểu đồ trạng thái 115 BÀI 4: VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN 127 Điều khiển xy lanh van hai cuộn dây .128 1.1.Mạch khí nén tự trì 128 1.2 Mạch điều khiển theo thời gian 135 Điều khiển xy lanh cảm biến tiệm cận 138 2.1 Các mạch sử dụng cảm biến đơn giản 138 2.3.Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự trì rơle .139 2.4 Mạch điện điều khiển sử dụng rơle thời gia .141 Điều khiển xy lanh cảm biến tiệm cận với rơle 145 3.2 Mạch điện điều khiển trực tiếp sử dụng cơng tắc trì 148 3.3 Mạch điện điều khiển sử dụng rơle thời gian 149 Điều khiển xy lanh với hàm AND, OR 150 4.1 Mạch điện điều khiển hàm AND 150 4.2 Mạch điện điều khiển hàm OR 151 Điều khiển xy lanh với van cuộn dây - Điều khiển tự trì 152 5.1 Các mạch điện đơn giản 152 5.2 Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự trì rơle 153 Điều khiển hai xy lanh làm việc chu trình .154 6.1 Các mạch điện đơn giản 154 6.2 Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự trì rơle 156 Điều khiển hai xy lanh làm việc lớn chu trình 157 7.1 Các mạch điện đơn giản 157 7.2 Mạch điện điều khiển trực tiếp sử dụng cơng tắc trì 158 BÀI 5: TÌM VÀ SỬA LỖI TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 163 Phương pháp tìm sửa lỗi .165 1.1 Phương pháp tìm lỗi 165 1.2 Hệ thống khí bị rò rỉ 172 Các tập thực hành sửa lỗi 242 2.1 Lỗi phần khí nén tồn hệ thống .242 2.2 Lỗi tạo từ việc lắp sai .246 2.3 Lỗi xuất trình vận hành 252 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….266 GIÁO TRÌNH MODUL Tên modul: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, ĐIỆN KHÍ NÉN Mã số mơ đun: MĐ 15 VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT, Ý NGHĨA VÀ VAI TRỊ CỦA MƠ ĐUN: - Vị Trí: Trước học mơ đun phải hồn thành: An tồn lao động; Điện bản; vẽ kỹ thuật; Autocad - Vai trị: Góp phần việc điều khiển hệ thống tự động cơng nghiệp làm phong phú q trình điều khiển - Ý nghĩa: Mơ đun bắt buộc đóng góp cho ngành tự động hố hay Điện tử kiến thức đầy đủ hệ thống điều khiển - Tính chất: Là mơ đun đào tạo chun mơn nghề - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề Cơ điện tử MỤC TIÊU MƠ ĐUN: + Kiến thức: A1 Trình bày cấu trúc, phân tích sơ đồ số hệ thơng điều khiển khí nén thơng dụng A2 Thiết lập sơ đồ hệ thống điều khiển truyền động khí nén theo yêu cầu A3 Kiểm tra chức phần tử khí nén cho sơ đồ hệ thống thiết lập + Kỹ B1 Lắp ráp, chạy thử, vận hành hiệu chỉnh phần tử khí nén cho sơ đồ hệ thống thiết lập; B2 Kiểm tra hệ thống điều khiển khí nén; phát khắc phục lối thông thường hệ thống + Về lực tự chủ trách nhiệm: C1 Thực quy tắc an toàn vận hành, bảo dưỡng thiết bị hệ thống truyền động khí nén C2 Chủ động, sáng tạo an toàn học tập Chương trình khung nghề Cơ điện tử: Thời gian học tập (giờ) Trong Mã MH, MĐ I Tên mơn học, mơ đun Các mơn học chung/đại cương Số tín (*) Tổng số Lý Thuyết Thực hành/ thực tập/ thí nghiệm /bài tập Kiểm tra 12 255 94 148 13 30 15 13 15 1 30 45 21 24 21 45 15 29 90 30 56 65 1655 460 1104 91 Các môn học, mô đun sở 10 225 80 128 17 MH 07 An toàn lao động 1,5 30 20 MH 08 Vẽ Kỹ thuật điện 45 15 25 MĐ 09 AUTO CAD 90 30 54 MĐ 10 Điện 2,5 60 15 41 Các môn học mô đun chuyên ngành 55 1430 380 976 74 Lập trình PLC 6,5 45 95 10 MH 01 Chính trị MH 02 Pháp luật MH 03 Giáo dục thể chất MH 04 Giáo dục quốc phòng - An ninh MH 05 Tin học MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) II Các môn học, mô đun chuyên môn nghề II.1 II.2 MĐ 11 150 MĐ 12 Kỹ thuật cảm biến 60 30 24 MĐ 13 Điện tử công suất 90 30 54 MĐ 14 Bảo Trì Cơ Khí 90 30 54 MĐ 15 Điều khiển khí nén, điện khí nén 5,5 120 45 67 MĐ 16 Điều khiển thuỷ lực, điện thủy lực 90 30 54 MĐ 17 Thiết kế mạch điện tử 60 20 38 MĐ 18 Lắp đặt, vận hành hệ thống điện tử MPS 6,5 150 45 95 10 MĐ 19 Rô bôt công nghiệp 90 30 54 MĐ 20 Lắp đặt vận hành điều khiển động điện 5,5 110 45 57 MĐ 21 Mạng truyền thông công 75 15 56 nghiệp MĐ 22 Nâng cao hiệu công việc 45 15 28 MĐ 23 Thực tập tốt nghiệp 300 300 77 1910 554 1252 104 TỔNG CỘNG Chương trình chi tiết modul: Thời gian (giờ) SỐ TT Tên chương, mục Khái niệm khí nén, ứng dụng Thực hành, Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm số thuyết thảo luận , tra tập 07 khí nén 1.1 Một số đặc điểm hệ thống truyền động khí nén 1.2 Đơn vị đo hệ thống điều khiển 1.3 Cơ sở tính tốn 02 0,5 1 0,5 1.4 Các loại máy nén khí, phạm vi ứng dụng 1.5 Thiết bị xử lý khí nén 1.6 Thiết bị phân phối điều khiển khí nén 1.7 Thiết bị chấp hành hệ thống khí nén Các phần tử khí nén, điện khí 05 32 0,5 0,5 1 12 18 nén 2.1 Van đảo chiều 0,5 2.2 Van chặn 0,5 2.3 Van tiết lưu 0,5 2.4 Van áp suất 0,5 2.5 Van lô gic 0,5 2.6 Ro le áp suất 0,5 2.7 Van điều chỉnh thời gian 0,5 2.8 Van chân không 0,5 2.9 Cơ cấu chấp hành 0,5 2.10 Cấu trúc hệ thống điều khiển 2.11 Nguyên lý thiết kế hệ thống điều khiển 0,5 02 1 2.12 Biểu đồ trạng thái 2.13 Sơ đồ chức 2.14 Kiểm tra lý thuyết thực hành Thiết kế lắp đặt hệ thống điều 28 10 14 16 02 khiển khí nén, điện khí nén ứng dụng 3.1 Phân loại phương pháp điều khiển 3.2 Sơ đồ chức 3.3 Biểu đồ trạng thái 3.4 Vẽ mạch điều khiển 10 16 2 4.2 Điều khiển hai xy lanh 4.3 Điều khiển xy lanh kết hợp với tay quay Tìm sửa lỗi hệ thống điều khiển khí nén, điện khí nén 5.1 Phương pháp tìm sửa lỗi 08 15 02 14 Lắp đặt, vận hành Kiểm tra hệ thống khí nén, điện khí nén 4.1 Điều khiển xy lanh 28 25 5.2 Các tập thực hành sửa lỗi 5.3 Kiểm tra lý thuyết thực hành Tổng cộng 02 120 45 67 08 hư hỏng Cầu chì dễ Cầu chì nhỏ đứt Đấu dây sai KHỞI ĐỘNG cung cấp mơ tơ Thay cầu chì lớn Đấu dây Động điện Giảm tải động điện tải Rò rỉ van xả đầu Tháo sửa chữa van nén dẫn đến động xả đầu nén điện tải Trục khuỷu Tháo sửa chữa trục máy nén chặt khuỷu 2.3 Lỗi xuất trình vận hành Một nguyên nhân gây lỗi hệ thống khí nén vận hành không đúng, người vận hành không huấn luyện không giám sát, nhắc nhở đầy đủ a Yêu cầu người quản lý, vận hành bảo dưỡng phải nắm đầy đủ điều kiện vận hành thiết bị: - Nắm loại môi chất tồn trữ, xử lý vận chuyển bên thiết bị đặc tính (ví dụ: độc tính, khả cháy nổ ,v.v.) - Nắm điều kiện vận hành thiết bị, ví dụ như: áp suất, nhiệt độ, điều kiện mài mòn, ăn mòn v.v - Nắm thông số giới hạn phạm vi vận hành an toàn thiết bị tất thiết bị khác có liên quan trực tiếp bị ảnh hưởng trực tiếp thiết bị áp lực - Phải soạn lập hướng dẫn vận hành xử lý cố chi tiết cho phận toàn hệ thống thiết bị - Phải đảm bảo công nhân vận hành, sửa chữa tất người có liên quan hướng dẫn, huấn luyện, kiểm tra chi tiết quy trình vận hành xử lý cố b Phải lắp đặt đầy đủ thiết bị bảo vệ đảm bảo cho chúng trạng thái sẵn sàng làm việc: - Các thiết bị bảo vệ van an toàn, rơ le áp suất thiết bị bảo vệ khác có mục đích ngắt thiết bị áp suất, nhiệt độ, mức môi chất bên 254 thiết bị vượt mức cho phép phải lắp đặt đầy đủ bình áp lực, hệ thống ống - Các thiết bị bảo vệ phải cân chỉnh, cài đặt thông số tác động phù hợp - Nếu có thiết bị báo động, thiết bị phải lắp đặt cho tín hiệu âm thanh, ánh sáng chúng dễ nhận thấy - Phải đảm bảo thiết bị bảo vệ ln ln tình trạng hồn hảo, sẵn sàng hoạt động - Các thiết bị xả tự động van an tồn, màng phịng nổ phải có ống xả dẫn vị trí an tồn - Phải đảm bảo người có đủ trách nhiệm thẩm quyền phép thay đổi thông số cài đặt thiết bị bảo vệ c Thực đầy đủ trình đào tạo, huấn luyện: - Tất người vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa làm cơng việc có liên quan đến thiết bị áp lực đặc biệt công nhân phải huấn luyện, đào tạo cách đầy đủ - Việc huấn luyện phải thực lại trường hợp sau: - Khi thay đổi công việc - Khi thiết bị quy trình vận hành thay đổi - Sau thời gian ngừng làm việc chuyển làm việc khác - Sau định kỳ hàng năm 2.3.1 Nguyên nhân Các cố xảy q trình vận hành thiết bị áp lực ln kèm theo tai nạn gây chấn thương chết người nghiêm trọng Mỗi năm có hàng trăm cố nghiêm trọng xảy thiết bị áp lực gây chấn thương nặng chết hàng chục người Khi người vận hành không trang bị đầy đủ kiến thức hệ thống khí nén an tồn lỗi tai nạn khơng tránh khỏi 2.3.2 Khắc phục a Người vận hành phải trang bị đầy đủ yêu cầu an toàn kỹ thuật b Vì người vận hành trực tiếp thiết bị phải tuyệt đối tuân theo tiêu vận hành kỹ thuật c Thực vận hành kiểm tra hàng ngày 255 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Bài thực hành 1: Một cửa sắt lớn đặt đường ray sâu Cửa đóng mở nút ấn, bên bên Bộ trượt điều khiển van điện từ tác động kép Có phương pháp điều khiển: - Trực tiếp - Gián tiếp Giải đáp: - Trực tiếp 256 Giải đáp: - Gián tiếp Bài thực hành 2: ấn nút Start, vật tải đẩy khỏi trụ tải, đưa vào băng truyền Xi lanh hồi tự động sau hết hành trình Cơng tắc vị trí RS1 RS2 xác định vị trí piston Xi lanh điều khiển van điện từ đơn không nhớ 257 - Mạch khí nén - Mạch điện điều khiển Bài tập 11: Trong nhà máy sản xuất, cửa sổ điều khiển thơng gió tác động khí gắn vào trần nhà Các nút ấn PB1 PB2 dùng để đóng mở cửa sổ.Của sổ dừng hành trình Đèn báo sáng cửa đóng Phương pháp điều khiển trực tiếp hay gián tiếp dùng 258 - Mạch khí nén - Mạch điều khiển 259 Bài thực hành 3: cảm biến S1 cảm nhận có container , van tác động khí mở cho chất lỏng từ bồn chứa chảy vào Van tự đóng sau giây, sau container dời Để an tồn, van đóng lập tứckhi container bị dời dù chưa hết thời gian Thời gian trễ tính cảm biến S1 lật trạng thái Van điều khiển cấu tác động quay kích hoạt van điện từ khơng nhớ - Mạch khí nén 260 - Mạch điều khiển Bài thực hành 4: Các hộp truyền sang băng tải khác nhờ xylanh A B Xi lanh B không thu xylanh A chưa hồi hết Chuỗi bắt đầu xylanh cảm biến S1 dò vật tải Mỗi xylanh điều khiển van điện từ tác động kép - Mạch khí nén 261 - Mạch điều khiển - Mạch điều khiển reset rơle cuối 262 Bài tập thực hành 5: Dây chuyền lắp ráp chi tiết tự động sau I QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ - Modul Hút Wotrkpiece Khi nhấn nút start xy lanh trượt A mang hệ thống hút thùng định vị sản phẩm, kế xy lanh trượt B nâng cấu hút lên sau giác hút C đóng lại sau gác hút đóng xy lanh trượt A trượt xuống đầu dây chuyền lắp rắp, Xy lanh B trượt xuống sau giác hút C nhả Khi có thùng định vị tri tiết đầu dây chuyền động dịch chuyển đoạn mang thùng sang vị trí lắp sang vị trí lắp rắp - Modul Gắp chi tiết lên Workpiece Cảm biến nhận biết thùng có thùng động ngưng dịch chuyển Cơ cấu hút chi tiết hoạt động, xy lanh D mang giác hút xuống đụng cơng tắc hành trình báo hiệu cho giác hút hút E chi tiết lên sau xy lanh D lên đụng cơng tắc hành báo cho Xy lanh F mang chi tiết sang thùng chứa sản phẩm, hết hành trình F xy lanh D xuống vị trí thùng định vị nhả chi tiết xuống sau xy lanh D lùi kế F lùi - Các moduls lắp rắp chi tiết đầu tiên, Modul lắp rắp chi tiết thứ hai modul gắp sản phẩm khỏi dây chuyền hoạt động tương tự Modul gắp chi tiết lên Workpiece - Vì moduls sau có tính chất giống vơi moduls trước vầy em trình bày mouls Modul Hút workpiece modul gắp chi tiết lên workpiece 263 II BIỂU ĐỒ TRẠNG THÁI III SƠ ĐỒ PHÁC HỌA MẠCH KHÍ NÉN 264 IV LẬP BẢNG THỰC HIỆN CÁC BƯỚC CỦA QUI TRÌNH a Các bước thực modul workpiec 265 Bước hành trình Pittong A+ B+ C+ A- B- C- Van điện từ Y1 Y3 Y5 Y2 Y4 Y6 Công tắc tác động START&S1 S2 S4 T1 S1 S3 b Các bước thực Modul Gắp chi tiết lên Workpiece Bước hành trình Pittong D+ F+ D- Van điện từ Y7 Y11 Y8 Công tắc tác động CB1 S6 T2 10 11 12 13 14 D+ F- D- E- Y9 Y7 Y12 Y8 Y10 S5 S8 S6 T3 S5 E+ 266 V THIẾT KẾ MẠCH LOGIC ĐIỀU KHIỂN 267 TÀI LIỆU THAM KHAO [1]Hệ thống điều khiển tự động khí nén Nguyễn Ngọc Phương – Nguyễn Trường thịnh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tháng năm 2012 [2] Hệ thống điều khiển khí nén - TS.Nguyễn Ngọc Phương , NXB Giáo dục - 2000 [3] Cơng nghệ khí nén - PGS TS Hồ Đắc Thọ - NXB KH &KT 2004 [4] Hệ thống thủy lực khí nén, Ts Nguyễn Thị Xuân Thu - Ts Nhữ Phương Mai, NXB Lao động – 2001 268