Giáo Trình - Công Nghệ Thủy Lực Và Khí Nén - Phần Khí Nén (Lê Hiếu Giang).Pdf

Một trong các hệ thống thiết bị được sử dụng nhiều trong các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp đó là hệ thống điều khiển khí nén.. Đặc điểm của hệ thống điều khiển khí nén là rất li

GIÁO TRÌNH

CÔNG NGHỆ THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN

(PHẦN KHÍ NÉN)PGS TS LÊ HIẾU GIANG - TS NGUYỄN THỊ HỒNG MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật, việc nâng cao khả năng tự động hóa trong các dây chuyền sản xuất đóng vai trò quan trọng để nâng cao năng suất, giảm giá thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh cũng như góp phần giải phóng sức lao động của con người Các hệ thống và thiết bị tự động hóa hiện nay có rất nhiều và đang dạng về chủng loại Một trong các hệ thống thiết bị được sử dụng nhiều trong các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp đó là hệ thống điều khiển khí nén Đặc điểm của hệ thống điều khiển khí nén là rất linh hoạt trong thiết kế và sử dụng, phù hợp với các môi trường đòi hỏi cao về độ sạch và vệ sinh an toàn, hoạt động nhanh hiệu quả, dễ lắp đặt

Hiện nay trên thị trường sách, khá nhiều sách đề cập đến hệ thống điều khiển khí nén, thủy lực với rất nhiều phương pháp thiết kế theo các quan điểm khác nhau Nhằm góp phần làm phong phú thêm kiến thức về phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển tự động bằng khí nén, tác giả chân thành mong muốn mang đến độc giả cuốn giáo trình này với những phương pháp thiết kế hệ thống khí nén trên cơ sở lý thuyết tự động hóa Nội dung cuốn giáo trình này không đi sâu vào kết cấu, cấu tạo của các thiết bị khí nén mà chủ yếu đi vào các phương pháp thiết kế ứng dụng Cuốn sách “Công nghệ thủy lực và khí nén – phần khí nén” có thể được dùng làm giáo trình, tài liệu tham khảo cho sinh viên các trường kỹ thuật, các kỹ thuật viên

Nhóm tác giả chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của quý thầy

cô Khoa Cơ khí Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, ĐHBKHN và các đồng nghiệp trong quá trình thực hiện cuốn sách này Trong quá trình biên soạn, cuốn sách này không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự góp ý của quí độc giả Xin thư

về địa chỉ email: gianglh@hcmute.edu.vn

Trân trọng

Nhóm tác giả

Central Processing Unit (CPU): Bộ xử lý trung tâm

Function Block Diagram (FBD): Sơ đồ khối chức năng

Programmable logic control (PLC): Bộ điều khiển logic khả trình

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 11

1.1 Giới thiệu về các hệ thống điều khiển chuyển mạch tự

1.2.3 Các phép toán logic và cổng logic cơ bản 14

1.2.5 Biểu thức logic và đơn giản biểu thức logic 18

1.2.6 Bảng Karnaugh và đơn giản biểu thức logic 21

1.2.8 Ký hiệu cổng logic theo tiêu chuẩn DIN 40 100 28

1.3.2 Ký hiệu tác động, điều khiển van 30

1.3.3 Một số ví dụ về ký hiệu điều khiển van 33

1.3.4 Một số ký hiệu của các thiết bị cơ bản khác trong hệ

1.5 Sử dụng một số loại van cho các hàm logic 44

1.5.1 Van 3/2 thường đóng sử dụng cho hàm logic một, hai và

ba inputs

44

1.5.2 Van 5/2 sử dụng cho hàm logic một và hai inputs 45

1.5.3 Tính chất flip-flop cu ̉a các van khí nén 46

1.6 Các thành phần của hệ thống khí nén 47

1.7 Biểu diễn quá trình hoạt động của hệ thống bằng biểu đồ

trạng thái

51

1.7.1 Các ký hiệu thường dùng để mô tả các phần tử 51

1.7.2 Biểu đồ trạng thái của cơ cấu chấp hành 52

1.7.3 Biểu đồ trạng thái của các phần tử theo biểu đồ trạng

56

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÁC MẠCH KHÍ NÉN ĐƠN GIẢN 59

2.1 Điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp 59

2.1.1 Điều khiển trực tiếp cơ cấu chấp hành 59

2.1.2 Điều khiển gián tiếp cơ cấu chấp hành 59

2.3.1 Mạch điều khiển thời gian sử dụng phần tử đóng chậm 62

2.3.2 Mạch điều khiển thời gian sử dụng phần tử ngắt chậm

theo chiều dương

63

2.5 Thiết kế mạch điều khiển tuần tự đơn giản – cấp nguồn trực tiếp 66

4.1.1 Bộ đếm một mã nóng (one-hot code) lập trình được 119

4.1.2 Bộ đếm hai mã nóng (two-hot code) lập trình được 121

4.1.3 Sơ đồ khối của bộ đếm lập trình được và nguyên tắc

4.2.3 Khối module ghép nối TAA và TAB 127

4.3 Thiết kế mạch khí nén điều khiển theo nhịp tuần tự sử

4.5 Thiết kế mạch nhảy cóc theo điều kiện 140

4.6 Thiết kế mạch lặp lại sử dụng bộ đếm lập trình đƣợc 146

CHƯƠNG VI PHƯƠNG PHÁP TÍN HIỆU THAY ĐỔI 175

7.2.5 Tạo hàm tín hiệu ra điều khiển hướng 197

7.2.6 Cách thức thêm vào tín hiệu khởi động START 198

7.2.7 Thiết kế mạch điều khiển dựa vào các hàm kích hoạt và

hàm các tín hiệu ra điều khiển hướng

8.1 Một số ký hiệu về thiết bị điện khí nén 215

8.2.1 Mạch điện điều khiển trực tiếp sử dụng công tắc duy trì 218

8.2.2 Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng

rơle

218

8.2.3 Mạch điện điều khiển sử dụng rơle thời gian 219

8.3 Các phương pháp thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống

khí nén bằng rơ le

221

8.3.1 Thiết kế mạch điện điều khiển theo nhịp sử dụng chuỗi

bước có xóa

221

8.3.2 Thiết kế mạch điện theo tầng sử dụng phương pháp

chuỗi bước có xóa

9.3 Thủ tục tạo ra một chương trình điều khiển bằng PLC 271

10.2.1 Kiểu dừng “khóa cứng piston” 285

10.2.2 Kiểu dừng piston “không chuyển động” 287

10.2.3 Kiểu dừng piston vơ ́ i “vi ̣ trí an toàn chọn trước” 288

10.2.4 Kiểu dừng piston không thay đổi hươ ́ ng 289

10.3 Mạch khí nén sử dụng bộ đếm khí nén 290

10.4 Một số ứng dụng khí nén trong công nghiệp 292

10.4.3 Thiết bị sắp xếp ngay ngắn các chồng tấm vật liệu 294

10.4.5 Thiết bị khoan lỗ cho khối U 297

Chương 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN

Trong những thập niên 50 và 60 của thế kỷ 20, kỹ thuật tự động hóa quá trình sản xuất đã được phát triển mạnh mẽ; cùng với quá trình

đó, kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau Trong tự động hóa, hệ thống tự động hóa bằng khí nén và thủy lực thuộc về loại hệ thống chuyển mạch

(switching systems) tự động do vậy trước khi trình bày về kỹ thuật tự

động hóa trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, điện – khí nén, một số kiến thức cơ bản liên quan sẽ được đề cập dưới đây

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN MẠCH TỰ ĐỘNG

Các hệ thống chuyển mạch tự động bao gồm trong đó hai loại chính: + Các hệ thống kết hợp (combinational systems)

+ Các hệ thống tuần tự (sequencial systems) bao gồm hệ thống đồng bộ và không đồng bộ

1.1.1 Các hệ thống chuyển mạch kết hợp

Trong các hệ thống chuyển mạch kết hợp hay hệ thống mạch logic kết hợp, các tín hiệu ra (outputs) nhị phân luôn chỉ là hàm của các tín hiệu vào (inputs) hiện tại

Hình 1.1 Các loại hệ thống chuyển mạch

Các hệ thống chuyển mạch

Các hệ thống chuyển mạch kết hợp

Các hệ thống chuyển mạch tuần tự

Các hệ thống

đồng bộ

Các hệ thống không đồng bộ

Ví dụ: Các cổng logic đặc trưng cho các hệ thống kết hợp, trong

đó, các tín hiệu ra chỉ phụ thuộc vào trạng thái kết hợp của các tín hiệu vào hiện tại

1.1.2 Các hệ thống chuyển mạch tuần tự

Khác với hệ thống trên, trong các hệ thống chuyển mạch tuần tự, một số hoặc tất cả các tín hiệu ra phụ thuộc vào các tín hiệu vào trước đó,

đó là, phụ thuộc vào “quá khứ” của hệ thống này Do vậy, hệ thống tuần

tự phải sử dụng các flip-flop, các phần tử nhớ để nhớ các trạng thái trước

đó Các hệ thống chuyển mạch tuần tự được chia nhỏ ra làm hai loại hệ thống đồng bộ và hệ thống không đồng bộ

Các hệ thống không đồng bộ hoạt động trên cơ sở sự kiện Điều này có nghĩa là một bước hoạt động nào đó xảy ra chỉ khi một bước hoạt động trước của hệ thống đã được hoàn tất

Khác với hệ thống không đồng bộ, các hệ thống đồng bộ hoạt động trên cơ sở thời gian Ở các hệ thống này, người ta sử dụng một đồng hồ tạo xung để tạo ra các xung với chu kỳ nhất định, mà mỗi xung này sẽ kích hoạt các bước tiếp theo

Hình 1.2 thể hiện cấu tạo chung của một hệ thống chuyển mạch tuần tự trong đó bao gồm cả hệ thống kết hợp (logic); trong đó các tín hiệu xi và zj lần lượt là các tín hiệu vào và ra của hệ thống, các phần tử nhớ flip-flop đóng vai trò ghi nhớ các trạng thái “quá khứ” trước đó, chúng bao gồm các hàm kích hoạt Sk và Rk (tín hiệu vào điều khiển flip-flop) và các biến trạng thái yk và y'k(tín hiệu ra của flip-flop) Các tín hiệu vào xi, yk và y'kcủa hệ thống thông qua các hệ thống kết hợp sẽ tạo

ra các tín hiệu ra zj, và các hàm kích hoạt Sk và Rk để tác động trở lại flip-flop để tạo ra các biến yk và y'ktương ứng cho các sự kiện tiếp theo

Vì vậy, khi thiết kế một hệ thống tuần tự, việc quan trọng đầu tiên

là phải xác định số lượng flip-flops và các hàm kích hoạt

Hình 1.2 Cấu tạo của hệ thống chuyển mạch tuần tự

'

yk

Hệ thống kết hợp

cơ bản Dưới đây sẽ trình bày tóm tắt lại những vấn đề liên quan

1.2 ĐẠI SỐ BOOLEAN VÀ CÁC CỔNG LOGIC

1.2.1 Hằng và biến nhị phân

Đại số Boolean khác với đại số thông thường ở chỗ hằng và biến chỉ có hai khả năng 0 và 1 Một biến đại số Boolean (biến logic) là một đại lượng mà ở thời điểm khác nhau có thể là 0 hoặc 1 Các biến đại số Boolean thường được sử dụng để đặc trưng cho mức điện thế ở một ngõ vào hoặc một ngõ ra (ví dụ: Ở giá trị điện thế từ 0V đến 0,8V, giá trị Boolean là 0, ở mức điện thế từ 2V đến 5V thì giá trị đó là 1)

Trong khí nén, biến đại số Boolean cũng được sử dụng để đặc trưng cho khí có áp suất ở một ngõ ra (ví dụ: ở một ngõ ra khí có áp suất trong khoảng 6 bar tín hiệu là 1, và khi áp suất là khoảng 1 bar tín hiệu là 0) Trong đại số Boolean có ba phép toá n cơ bản:

 Phép cộng logic hay cũng được gọi là phép toán OR ký hiệu bởi dấu cộng “+”

 Phép nhân logic hay cũng được gọi là phép toán AND, ký hiệu

bởi dấu nhân “.“

 Phép đảo hay phép bù logic, cũng được gọi là phép toán NOT, ký hiệu cho phép toán này là dấu ngang trên đầu “ “ hoặc dấu “ ’ ”

1.2.2 Bảng sự thật

Để biểu diễn qui luật hoạt động logic từ yêu cầu thực tế, ta cần xây dựng một bảng để thể hiện tất các các trạng thái đáp ứng của các tín hiệu ra tương ứng với tất cả các sự kết hợp của các tín hiệu vào Bảng đó được gọi

là bảng sự thật (truth table) Bảng sự thật đặc biệt quan trọng trong thiết kế các mạch logic vì nó là cơ sở để xây dựng được các hàm logic và thiết kế mạch logic

Ví dụ 1: Cho một bóng đèn X được điều khiển bởi hai công tắc S1

và S2 theo qui luật sau:

- Hai công tắc S1 và S2 ngắt thì đèn X tắt

- Một trong hai công tắc bật thì đèn X sáng

- Hai công tắc S1 và S2 cùng bật thì đèn X tắt

Yêu cầu: Xây dựng bảng sự thật cho mạch điều khiển bóng đèn X

Dẫn giải: Với qui ước: khi công tắc bật có tín hiệu là 1, và ngắt có tín

hiệu là 0; đèn sáng có tín hiệu là 1 và đèn tắt có tín hiệu là 0, như vậy với hai công tắc sẽ có bốn (22

) khả năng xảy ra: S1 và S2 cùng ngắt (đèn X tắt), S1 bật và S2 ngắt (đèn X sáng), S1 ngắt và S2 bật (đèn X sáng), S1 và S2 cùng bật (đèn X tắt) Do vậy bảng sự thật được xây dựng như sau:

1.2.3 Các phép toán logic và cổng logic cơ bản

1.2.3.1 Phép toán OR

Cho hai biến logic độc lập A và B Khi cho hai biến A và B kết hợp với nhau bằng phép cộng hay phép toán OR, kết quả x có thể được biểu diễn như sau:

Theo đại số thông thường x = 2 nhưng các giá trị của biến Boolean chỉ là

0 và 1, và giá trị lớn nhất là 1; vì vậy ta cũng có thể viết 1 + 1 + 1+…+ 1 = 1

Từ tất cả các khả năng kết hợp của hai biến A và B ở trên, ta xây dựng được bảng sự thật của phép toán OR như sau:

Bảng sự thật mô tả bằng lời Bảng sự thật mô tả bằng giá trị logic

Hình 1.3 Bảng sự thật của ví dụ 1.2.2

Để mô tả bảng sự thật của phép toán OR, ta có thể xem xét mạch điện mô tả hoạt động theo bảng sự thật của phép toán OR sử dụng hai công tắc A và B (hai phần tử đưa tín hiệu vào mắc song song), và một bóng đèn x (tín hiệu ra) như ở hình 1.4

Ký hiệu của cổng OR theo tiêu chuẩn MIL (Mỹ):

A và B là các tín hiệu vào (inputs)

x là tín hiệu ra (output)

1.2.3.2 Phép toán AND

Cho hai biến logic độc lập A và B Khi cho hai biến A và B kết hợp với nhau bằng phép nhân hay phép toán AND, kết quả x có thể được biểu diễn như sau: x = A B

Bảng sự thật cho ta thấy tín hiệu ra x chỉ nhận giá trị 1 khi tất cả các tín hiệu vào có giá trị logic 1 và tín hiệu ra sẽ nhận giá trị 0 khi có ít nhất một tín hiệu vào có giá trị 0

Để dễ nắm bắt được bảng sự thật của phép toán AND, ta có thể xem xét mạch điện mô tả hoạt động theo bảng sự thật của phép toán AND sử dụng hai công tắc A và B (hai phần tử đưa tín hiệu vào mắc nối tiếp), và một bóng đèn x (tín hiệu ra) như ở hình 1.5

Ký hiệu của cổng AND theo tiêu chuẩn MIL (Mỹ):

A và B là các tín hiệu vào (inputs)

x là tín hiệu ra (output)

1.2.3.3 Phép toán NOT

Không giống phép toán OR và AND, phép toán NOT chỉ được thực hiện trên một biến logic Chẳng hạn như nếu biến A chịu phép toán NOT, kết quả x có thể được biểu diễn như sau:

Hoạt động của phép đảo có thể được biểu diễn bằng mạch điện mô

tả hoạt động theo bảng sự thật của phép toán NOT sử dụng công tắc A (tín hiệu vào) và bóng đèn x (tín hiệu ra) như ở hình 1.6

Ký hiệu của cổng NOT theo tiêu chuẩn MIL (Mỹ):

A là tín hiệu vào (inputs)

còn lại, chúng ta cần có một kiến thức nhất định về đại số Boolean hay lý thuyết chuyển mạch logic dưới đây

1.2.4 Lý thuyết đại số Boolean

Đại số Boolean có thể được sử dụng để phân tích một mạch logic

và biểu diễn hoạt động của nó bằng toán học Để đơn giản, rút gọn các biểu thức toán học đó, chúng ta cần nghiên cứu các lý thuyết về đại số Boolean

1.2.5 Biểu thức logic và đơn giản biểu thức logic

Để xây dựng được một mạch logic, cần tiến hành các bước sau:

 Xây dựng bảng sự thật từ yêu cầu thực tế

 Xây dựng biểu thức logic và đơn giản biểu thức logic

 Vẽ mạch logic dựa trên biểu thức logic đã được đơn giản

Như vậy ta thấy việc xây dựng biểu thức logic là một bước thực hiện tiếp theo sau bước xây dựng bảng sự thật Khi đã có biểu thức logic, việc đơn giản biểu thức làm cho nó gọn hơn để tiết kiệm linh kiện, biến đổi biểu thức ra dạng mong muốn để sử dụng các linh kiện , thiết bi ̣ logic khác nhau cũng là một việc quan trọng Để thực hiện công việc này, đòi hỏi người thiết kế phải vận dụng tốt các kiến thức

về lý thuyết đại số Boolean

Như vâ ̣y bóng đèn x sáng (x = 1) trong trường hợp x = S2.S1 hoặc

x = S2.S1, biểu thức logic mô tả cá c sự kiê ̣n của bóng đèn x theo bảng sự thâ ̣t ở trên là:

x = S2.S1 + S2.S1 (dấu cộng “+” thay cho chữ “hoặc” trong mô

tả bằng lời)

Ví dụ 3: Hãy lập

bảng sự thật và viết biểu

thức logic cho hệ có ba

ngõ vào , A, B và C , với

yêu cầu ngõ ra x chỉ ở mức

1 khi một trong ba ngõ vào

ở mức 1, hoă ̣c cả ba ngõ

vào ở mức 1

Dẫn giải: lý luận tương tự như trên ta có bảng sự thật và biểu thức

logic mô tả sự kiện của biến x là:

1.2.5.2 Đơn giản biểu thức logic

Dẫn giải:

Nhìn vào biểu thức logic ta thấy mạch logic tương ứng có ngõ ra y

là ngõ ra của cổng OR (phép cộng) với hai tín hiệu vào của cổng OR được tạo ra từ hai ngõ ra của hai cổng AND (một cổng AND (phép nhân)

có các ngõ vào là A và C , cổng AND (phép nhân) còn lại có ngõ vào là

B và D)

A B C D

C A

D B

D B C A

Hình 1.8 Mạch logic của biểu thức y = A C B D

1.2.6 Bảng Karnaugh và đơn giản biểu thức logic

Phương pháp đa ̣i số đơn giản các biểu thức logic ở trên có thể

áp dụng dễ dàng cho các trường hợp đơn giản , nhưng đối vớ i các biểu thức logic phức ta ̣p sử du ̣ng phương p háp này sẽ tốn nhiều thời gian và trở nên phức ta ̣p Hơn nữa , khi tiến hành đơn giản bằng phương pháp đa ̣i số , ta cảm thấy khó biết chắc rằng biểu thức còn có thể đơn giản được nữa hay không

Mô ̣t phương pháp khác sử du ̣ ng phương pháp đồ ho ̣a - bảng Karnaugh (bảng K ) sẽ khắc phục được những nhược điểm ở trên với số biến trong biểu thức logic không lớn hơn sáu biến

AB B

AB B

D

D C

A A C D A C D A C D D

C

A A C D A C D A C D D

C

AB AB C D AB C D AB C D D

AB

AB B

Một số điểm chính về bảng K cần lưu ý:

1 Bảng sự thật cho giá trị của ngõ ra đối với mỗi sự kết hợp của các tín hiệu vào Bảng K cũng thể hiện thông tin tương tự nhưng ở dạng khác Mỗi trường hợp trong bảng sự thâ ̣t tương đương với mô ̣t ô vuông trong bảng K Chẳng ha ̣n như trong ví du ̣ 6, điều kiê ̣n A = 0 và B = 0 trong bảng sự thâ ̣t tương đương với ô vuông A B trong bảng K Trong trường hợp này , ở bảng sự thật X = 1, nên số 1 cũng được đặt trong ô vuông A B

2 Các ô vuông trong bảng K được “dán nhãn ” sao cho các ô vuông nằm ngang kề nhau chỉ khác nhau ở mô ̣t biến Ở ví dụ 8,

D

C

A A C D B C D B C D thỏa mãn điều kiện này

3 Khi bảng K đã được điền đầy bởi 0 và 1, biểu thức tổng của các tích đươ ̣c thiết lâ ̣p bằng cách cô ̣ng la ̣i tất cả các ô vuông có chứa 1

4 Đối với bảng sự thật có nhiều hơn bốn biến, bảng K có thể được biểu diễn ở dạng không gian ba chiều

Bảng K năm biến

Vì biểu đồ K ở dạng không gian ba chiều khá bất tiện cho việc thực hiện tối giản hàm tín hiệu ra hay biểu thức đại số Boolean, ta có thể xem như nó tương đương với hai biểu đồ K bốn biến ở dạng hai chiều được đặt kề nhau và thực hiện việc tối giản trên các biểu đồ này

1.2.6.2 Các nguyên tắc tối giản hàm tín hiệu ra trên biểu đồ K

Biểu thức của tín hiệu ra x có thể được đơn giản bởi việc kết hợp đúng các ô vuông trong biểu đồ K có chứa 1 Quá trình kết hợp những ô

có chứa 1 (ô 1) được gọi là “khoanh vòng kín”

Các bước để đơn giản một biểu thức đại số boolean:

1 Thiết lập biểu đồ K và đặt các số 1 vào những ô tương ứng với bảng sự thật và các số 0 vào các ô còn lại

2 Kiểm tra các ô 1 kề nhau và khoanh vòng kín những ô 1 không kề với bất cứ ô 1 nào khác Các ô 1 này được gọi là các ô 1 đơn độc

3 Tìm kiếm những ô 1 mà nằm kề chỉ với một ô 1 khác duy nhất Khoanh vòng kín tất cả những cặp ô 1 như vậy

4 Khoanh vòng kín tất cả tám ô 1 nằm kề; ngay cả khi nó chứa một hay nhiều hơn các ô 1 đã được khoanh vòng kín trước đó

5 Khoanh vòng kín bốn ô 1 nằm kề bất kỳ; ngay cả khi nó chứa một hay nhiều hơn các ô 1 đã được khoanh vòng kín trước đó

6 Khoanh vòng kín các cặp ô 1 bất kỳ cần thiết để gộp cả các ô 1 chưa được khoanh vòng kín Phải đảm bảo rằng tổng số vòng kín là nhỏ nhất

7 Các biến có giá trị thay đổi trong các ô kề nhau sẽ bị triệt tiêu Số hạng được tạo ra bởi một vòng kín là tích của các biến không bị triệt tiêu Biểu thức tín hiệu ra sẽ là tổng của tất cả các số hạng được tạo ra bởi mỗi vòng kín

Ví dụ 9: Đơn giản hàm tín hiệu ra cho biểu đồ K dưới đây:

Các vòng kín được tạo ra theo thứ tự như sau:

- Khoanh vòng kín chứa ô số 4 vì nó là ô 1 đơn độc thỏa mãn điều kiện ở bước 2

- Khoanh vòng kín chứa ô số 15 và 11 thỏa điều kiện ở bước 3

- Khoanh vòng kín chứa ô 6, 7, 10, 11 thỏa mãn điều kiện ở bước 5 Biểu thức của tín hiệu ra được tối giản:

B A B A AB B A

D C B A

Vòng kín ô: 4

Vòng kín ô: 11, 15

Vòng kín ô: 6, 7, 10, 11

Ký hiệu của cổng NAND theo tiêu chuẩn MIL (Mỹ):

A và B là các tín hiệu vào (inputs)

Hình 1.16 trang bên biểu diễn mạch điện mô tả hoạt động theo bảng

sự thật của phép toán NOR sử dụng hai công tắc A, B (hai tín hiệu vào)

và một bóng đèn x (tín hiệu ra)

Ký hiệu của cổng NOR theo tiêu chuẩn MIL (Mỹ):

A và B là các tín hiệu vào (inputs)

x là tín hiệu ra (output)

1.2.7.3 Cổng X-OR

Cổng X -OR là cổng rất quan tro ̣ng trong các máy vi tính vì c ác phép cô ̣ng nhi ̣ phân thường được thực hiê ̣n bởi phép X -OR cũng n hư việc so sánh các cặp bit có giá trị giống nhau hay khác nhau Cổng X-OR cũng có thể đươ ̣c sử du ̣ng để điều khiển bóng đèn X trong mô ̣t phòng với hai công tắc A và B đă ̣t ở hai vi ̣ trí khác nhau

1.3 KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ KHÍ NÉN

1.3.1 Ký hiệu cơ bản của van

Để hiểu rõ ký hiệu của van, ta xét một van có cấu tạo đơn giản sau đây: Van hình 1.19 gồm có hai bộ phận chính: vỏ van (với ba cửa chính:

1 – cửa cấp nguồn khí nén, 2 – cửa ra, 3 – cửa xả, và hai cửa điều khiển

vị trí của con trượt: cửa a và b) và một con trượt

Giả sử ta tác động vào cửa a bên trái của van để đẩy con trượt sang phía bên phải (hình 1.19a.), cửa cấp nguồn 1 sẽ bị đóng, cửa 2 và 3 thông với nhau Để mô tả trạng thái này, người ta ký hiệu như sau: cửa 1 bị đóng được biểu diễn bởi khóa dạng chữ T, cửa 2 và 3 thông và khí nén

A

B

x

Hình 1.19 Một dạng cấu tạo của van khí nén

a Vị trí con trượt khi tín hiệu tác động vào cửa điều khiển vị trí a

b Vị trí con trượt khi tín hiệu tác động vào cửa điều khiển vị trí b

ký hiệu trên với nhau như sau:

Và gọi van loại này là van 3/2 có nghĩa là van có 3 cửa và 2 trạng thái (hay 2 vị trí của con trượt)

1.3.2 Ký hiệu tác động, điều khiển van

Việc tác động và điều khiển các tín hiệu a, b của van hình 1.19 để thay đổi vị trí của con trượt tức thay đổi trạng thái của van có thể bằng nhiều cách khác nhau như: điều khiển bằng tay, bằng chân, bằng khí nén (hay dầu ép), bằng cơ, bằng điện, bằng lò xo… Các ký hiệu tác động điều khiển như sau:

5 1 3

5 1 3

5 1

3

5

1 3

5 1 3

5 1 3

5 1 3

5 1 3

* Qui ước về đặt tên các cửa van

Tên cửa nối van Kí hiệu theo ISO 5599 Kí hiệu theo ISO 1219

- Ví dụ về ký hiệu các cửa van theo ISO 5599: hình 1.20 là ví dụ về

ký hiệu các cửa của van 5/2 theo ISO 5599; trong đó:

+ Cửa 1 là cửa nối với

ra 2 thông với cửa xả 3, cửa xả 5 bị khóa

+ Cửa 12 là cửa điều khiển của van 5/2 và trạng thái hoạt động tương ứng của van này là ô vuông bên phải - khi đó cửa cấp nguồn 1 thông với cửa ra 2 để dẫn khí nén đi ra khỏi van, cửa

ra 4 thông với cửa xả 5, cửa xả 3 bị khóa

- Ví dụ về ký hiệu các cửa van theo ISO 1219: hình 1.21 là ví dụ về

ký hiệu các cửa của van 5/2 theo ISO 1219 với cách hiểu tương tự như trên trong đó cửa P tương ứng với cửa 1, A tương ứng với 4, B tương ứng với 2, R tương ứng với 5, S tương ứng với 3, X tương ứng với 14, và Y tương ứng với 12

5 1 3

1

Hình 1.20 Ký hiệu các cửa của

van khí nén 5/2 theo ISO 5599

1.3.3 Một số ví dụ về ký hiệu điều khiển van

* Công tắc nhấn điều khiển bằng tay sử dụng van 3/2 (hình 1.22): khi tác động nút nhấn bằng tay, trạng thái của van là trạng thái bên trái (ô vuông bên trái) và vì vậy cửa cấp nguồn 1 thông với cửa ra 2; khi nhả nút nhấn ra, lò xo đẩy con trượt về vị trí ban đầu, van có trạng thái bên phải (ô vuông bên phải), cửa 2 thông với cửa xả 3, cửa cấp nguồn 1 bị đóng

* Công tắc hành trình bằng con lăn tác động hai chiều (thường được đặt tại hành trình di chuyển của xy lanh – hình 1.23): khi xy lanh tác động vào con lăn, trạng thái của van là trạng thái bên trái (ô vuông bên trái) và vì vậy cửa cấp nguồn 1 thông với cửa ra 2; khi xy lanh không còn tác động vào con lăn, lò xo đẩy con trượt về vị trí ban đầu, van có trạng thái bên phải (ô vuông bên phải), cửa 2 thông với cửa xả 3, cửa cấp nguồn 1 bị đóng

* Công tắc hành trình bằng con lăn tác động một chiều (thường được đặt tại hành trình di chuyển của xy lanh) – hình 1.24: khi xy lanh tác động vào con lăn theo hướng được chọn, trạng thái của van là trạng thái bên trái (ô vuông bên trái) và vì vậy cửa cấp nguồn 1 thông với cửa ra 2; khi xy lanh không còn tác động vào con lăn, lò xo đẩy con trượt về vị trí ban đầu, van có trạng thái bên phải (ô vuông bên phải), cửa 2 thông với cửa xả 3, cửa cấp nguồn 1 bị đóng; trường hợp xy lanh tác động vào con lăn theo hướng ngược lại, trạng thái của van không đổi, có nghĩa là van vẫn giữ nguyên trạng thái đầu (ô vuông bên phải)

* Van 3/2 điều khiển một trạng thái bằng khí nén và trạng thái còn lại bằng lò xo – hình 1.25: khi khí nén tác động vào cửa điều khiển 12, trạng thái của van là trạng thái bên trái (ô vuông bên trái) và vì vậy cửa cấp nguồn 1 thông với cửa ra 2; khi khí nén không còn tác động vào cửa điều khiển 12, lò xo làm cho van trở về trạng thái ban đầu – trạng thái bên phải (ô vuông bên phải), cửa 2 thông với cửa xả 3, cửa cấp nguồn 1 bị đóng

* Van 3/2 điều khiển hai trạng thái bằng khí nén – hình 1.26: khi khí nén tác động vào cửa điều khiển 12, trạng thái của van là trạng thái bên trái (ô vuông bên trái) và vì vậy cửa cấp nguồn 1 thông với cửa ra 2; cho đến khi khí nén tác động vào cửa điều khiển 14, van có trạng thái bên phải (ô vuông bên phải), cửa 2 thông với cửa xả 3, cửa cấp nguồn 1 bị đóng

Hình 1.26 Ký hiệu van 3/2 điều

khiển hai trạng thái bằng khí nén

* Van 4/2 điều khiển hai trạng thái bằng khí nén – hình 1.27: khi khí nén tác động vào cửa điều khiển 14, trạng thái của van là trạng thái bên trái (ô vuông bên trái) và vì vậy cửa cấp nguồn 1 thông với cửa ra 4, cửa

ra 2 thông với cửa xả 3; cho đến khi khí nén tác động vào cửa điều khiển

12, van có trạng thái bên phải (ô vuông bên phải), cửa 1 thông với cửa 2, cửa 4 nối với cửa xả 3

* Van 4/2 điều khiển hai trạng thái bằng điện – hình 1.28: khi có tín hiệu điện tác động vào cuộn dây (solenoid) Y1, trạng thái của van là trạng thái bên trái (ô vuông bên trái) và vì vậy cửa cấp nguồn 1 thông với cửa ra 4, cửa ra 2 thông với cửa xả 3; cho đến khi có tín hiệu điện tác động vào cuộn dây Y2, van có trạng thái bên phải (ô vuông bên phải), cửa 1 thông với cửa 2, cửa 4 nối với cửa xả 3

1.3.4 Một số ký hiệu của các thiết bị cơ bản khác trong hệ thống khí nén

* Xy lanh tác động kép: hai chiều chuyển động của xy lanh được tác động bởi khí nén

* Xy lanh tác động đơn: một chiều chuyển động của xy lanh được tác động bởi khí nén, và chiều còn lại là do lực lò xo tác động

* Động cơ khí nén

Hình 1.27 Ký hiệu van 4/2 điều

khiển hai trạng thái bằng khí nén

Hình 1.28 Ký hiệu van 3/2 điều

khiển hai trạng thái bằng khí nén

Y2 Y1

* Nguồn cung cấp khí nén

* Van tiết lưu hai chiều

* Van tiết lưu một chiều

* Phần tử điều khiển thời gian: phần tử đóng chậm

* Phần tử điều khiển thời gian: phần tử ngắt chậm

* Vòi hút chân không

A

X

3 12

10 2

Hình 1.29 Một ví dụ ứng dụng của cổng NOT trong khí nén

X = A

A

điều khiển bị dập tay khi

xy lanh 1.0 đi xuống, hai

tay của người điều khiển

phải ấn đồng thời vào hai

công tắc A và B

Bằng cách sử dụng các van 3/2 mắc nối tiếp như hình dưới đây, ta cũng có thể tạo được mạch khí nén tương đương với cổng AND có hai ngõ vào (inputs):

a Hai van 3/2 mắc nối tiếp tương đương với cổng AND

b Mạch khí nén tương đương với mạch ở hình 1.31

Hình 1.31 Một ví dụ ứng dụng của cổng AND trong khí nén

inputs được nối ghép từ cổng hai

cổng AND có hai inputs:

Tương tự, ta có mạch khí nén

tương đương với cổng AND có ba

inputs như sau:

(X=(A.B)