Chương 2: Thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động potx

Cơ cấu chấp hành Là các thiết bị thực hiện dưới tác động của tín hiệu điều khiển  Phân loại theo nguồn năng lượng sử dụng Cơ cấu chấp hành thủy lực Cơ cấu chấp hành khí nén Cơ cấu chấp

HA NOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

DE.MECHINERY TECHNOLOGY MECHANICAL ENGINEERING

CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

Các thiết bị cơ bản trong HTTĐ

2 Cơ cấu chấp hành

 Là các thiết bị thực hiện dưới tác động của tín hiệu điều khiển

 Phân loại theo nguồn năng lượng sử dụng

Cơ cấu chấp hành thủy lực

Cơ cấu chấp hành khí nén

Cơ cấu chấp hành điện (rơ-le)

 Phân lạo theo dải năng lượng

Cơ cấu chấp hành năng lượng thấp: màn hình LCD, diot quang, nhiệt điện trở…

Cơ cấu chấp hành năng lượng

trung bình: nam châm điện, động

cơ điện, xilanh khí nén…

Thiết bị truyền động: băng tải, vít

me bi….

Thiết bị chuyên dụng: robot, máy hàn,…

2.1 Cơ cấu chấp hành thủy lực, khớ nộn

ứng dụng xi lanh khí nén để dẫn động tay robot trong hệ thống sản xuất tự động 1-7 là các chuyển động để đóng hộp

Xilanh thủy lực

Xi lanh thuû lùc hµnh trình kÐp mét ®Çu trôc.

1 Xi lanh; 2 C¸n xi lanh; 3 ® êng dÉn dÇu; 4 Pitt«ng;

5, 7 Joăng bÞt kÝn; 6 Lß xo;

Bơm thủy lực

Van thủy lực

2.1.1Các loại bơm thủy lực

 Biến cơ năng thành năng lượng thủy lực

Bơm piston

Bơm cánh quạt

Bơm bánh răng

Bơm cánh gạt

a Bơm Piston

 Tạo áp suất cao

 Cấu tạo đơn giản

 Nhưng chỉ làm việc một nửa chu kỳ

 Khắc phục: thiết kế bơm nhiều piston hướng tâm hoặc hướng trục

BÔM PISTON HÀNH TRÌNH ĐƠN

BÔM PISTON NHI U PISTON ỀU PISTON

BÔM PISTON NHI U PISTON ỀU PISTON

BÔM PISTON HÀNH TRÌNH KÉP

Bơm piston hướng trục cong

Bơm piston hướng tâm

Bơm piston đồng trục

 Thường dùng cho mục đích tạo áp lực làm việc rất cao

 lưu lượng yêu cầu thấp.

 Thiết kế rất đa dạng, lưu lượng thay đổi

dễ dàng, thuận tiện cho việc điều khiển tự động công suất theo phụ tải, được dùng phổ biến trong các máy thuỷ lực hiện nay.

b Bơm cánh gạt

Roto đặt lệch tâm và có rãnh để lắp cánh gạt

Cánh gạt được tỳ vào bề mặt vỏ bơm bởi lòxo

Roto đặt lệch tâm nên quay giống như cam lệch tâm

Sinh ra chu trình hút và nén

BƠM CÁNH GẠT

Bơm này tạo ra lực đẩy

nhờ sự thay đổi ví trí

tương đối của cánh

quạt

Loại bơm này không

tạo áp lực cao.(hình)

BƠM CÁNH GẠT

 Tốc độ tối thiểu khi có tải 500-600v/p

 Tốc độ tối đa khi có tải 2000-3000v/p

 Lưu lượng tới 600l/p

 Áp suất làm việc lên tới 210at

 Áp suất hút cho phép 0,16 at

Không tạo được áp lực cao

 Vật liệu chế tạo: Vật liệu làm cánh gạt có thể là thép gió P18, thép 20X, thép 40X hoặc thép làm vòng bi nhiệt luyện đạt độ cứng 62HRC

 Động cơ cánh gạt: Kết cấu của động cơ cánh gạt tương tự như bơm cánh gạt nhưng đối với động cơ yêu cầu lực tỳ của cánh gạt lên stato phải thường xuyên và đủ lớn

BƠM BÁNH RĂNG

Tạo ra áp suất và

lưu lượng cao

Bánh răng chủ

động quay và khe

hở giữa các răng

tạo ra buồng chứa

dầu

Bơm bánh răng

d Bơm cánh quạt (ly tâm)

 Không tạo được áp lực cao

 Thường dùng bơm nước, chất lỏng

2.1.2.Các loại van

Trong mạch van thuỷ lực nằm giữa bơm và cơ cấu tác động.

 Van điều khiển áp suất(presure control valves)

 Van điều khiển lưu lượng(flow-control valves)

 Van điều khiển hướng (directional control valves): van một chiều, van con trượt, van kiểm tra, van an toàn…

 Van servo (servo valves)

Tín hiệu điều khiển van:

Tính hiệu số(digital signal)

Tín hiệu tương tự(analogue signal).

a VAN ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

Nhóm van điều khiển áp suất chia ra 4 loại với chức năng khác nhau:

a1.Van an toàn hay van tràn (Rilief valves):

Chức năng: giới hạn áp suất lớn nhất của mạch, bảo vệ mạch tránh bị quá tải

a2.Van cân bằng (counterbalance valves):

Chức năng: tạo ra một đối áp để cân bằng với một tải trọng không cho nó dịch chuyển khi mạch nghỉ (do ảnh hưởng của trọng lượng).

a3.Van tuần tự (presure sequence valves):

Chức năng: cho phép sự làm việc theo thứ tự trước sau của các cơ cấu tác động khi đạt ngưỡng áp suất cài đặt

a4.Van giảm áp(presure-reduccing valves):

Chức năng: giảm áp suất để cấp cho các mạch

có yêu cầu áp suất làm việc khác nhau với cùng

1 nguồn chung.

a1.Van an toàn

 Chức năng: cài đặt áp suất lớn nhất cho mạch

và bảo vệ quá tải cho mạch.

(điều khiển)

( ống xả)

Các ứng dụng:

 Mạch có 2 van an toàn bảo vệ xy lanh thuỷ lực

a2 Van cân bằng

Chức năng là tạo ra một đối áp để cân bằng với một tải trọng không cho nó dịch chuyển khi mạch nghỉ (do ảnh hưởng của trọng lượng).

 Van cân bằng thông thường

 Van cân bằng có điều khiển(over-center valve).

a3.Van tuần tự

Chức năng cho phép sự làm việc theo thứ tự trước sau của các cơ cấu tác động khi đạt ngưỡng áp suất cài đặt.

a4 Van giảm áp

Chức năng giảm áp suất để cấp cho các mạch

có yêu cầu áp suất làm việc khác nhau với cùng

1 nguồn chung

b.Van điều khiển lưu lượng(flow-control valves)

 Chức năng: điều chỉnh lưu lượng vào ra của mạch thủy lực.

 Lưu lượng chảy qua van theo qui luật

. p

c Van điều khiển hướng ( DIRECTIONAL CONTROL VALVES)

 Chức năng: điều khiển hướng chuyển động của chất lỏng

Van một chiểu (check valves)

Van phân phối kiểu nắp đậy (popeet valves)Van phân phối kiểu con trượt (sliding spool- type)

C1 Van một chiều (check valves)

 Van một chiều thông thường: chỉ cho dòng dầu

đi theo một chiều:

 Van một chiều có điều khiển

Công nghệ và mạch ứng dụng van một chiều làm chức năng van cân bằng

 Van một chiều có đường dầu rò

c2.Van phân phối kiểu nắp đậy

 Van phân phối kiểu đẩy

c2.Van phân phối kiểu con trượt

 Van phân phối kiểu con trượt (Sliding type directional control valves)

Độ kín khít không cao do có trượt

Làm việc dễ mòn do đó tuổi thọ không cao

Do có ưu điểm lớn nên được dùng rất phổ biến

Hình dáng chung van 4 cửa điều khiển điện

Các tiêu chuẩn để xác định một van phân phối

 Số cửa: 2,3,4,5 cửa ký hiệu bằng chữ cái P, A,

B, T hay số 1, 2, 3, 4, 5

 Số vị trí: có 2 hoặc 3 vị trí mỗi vị trí ký hiệu bằng một ô vuông 2/2, 3/2, 4/2, 4/3, 5/2, 5/3

 Trạng thái ổn định

 Kiểu điều khiển

 Vị trí giữa cửa van 3 vị trí

Tác động điện

a) b)

c) Hình 2.50 Cấu tạo van 5/2 và kí hiệu

Van 5/2 ñieàu khieån baèng ñieän

2.2 C C u động cơ điện ơ Cấu động cơ điện ấu động cơ điện

 Trong các hệ thống điều khiển tự động, điều khiển động cơ nhằm đạt các yêu cầu sau :

 - Đạt độ chính xác về số vòng quay hoặc góc quay.

 - Đổi chiều động cơ và hãm động cơ nhanh.

 - Thay đổi tốc độ dễ dàng và chính xác

Các loại động cơ điện thường dùng

2.2.1.Động cơ một chiều

lập

Sơ đồ các loại động cơ điện một chiều

Tuỳ cách đấu dây giữa phần cảm so với phần ứng,

ta có những loại động cơ điện một chiều khác nhau :

• ộng cơ kích từ nối tiếp động cơ kích từ nối tiếp

• ộng cơ kích từ song song động cơ kích từ nối tiếp

• ộng cơ kích từ hổn hợp động cơ kích từ nối tiếp

 ẹieàu khieồn toỏc ủoọ cuỷa ủoọng cụ moọt chieàu DC

 U - iện áp cung cấp cho phần ứng; điện áp cung cấp cho phần ứng;

 I - C ờng độ dòng điện của phần ứng; −ờng độ dòng điện của phần ứng;

 r - iện trở trong của phần ứng; điện áp cung cấp cho phần ứng;

n

Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều chúng ta có thể thực hiện bằng hai cách:

- Thay đổi từ thông Φ, thông qua việc điều

chỉnh điện áp dòng kích từ Trong tr ờng hợp giữ nguyên điện áp phần ứng U, tăng tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức, thỡ công suất không đổi còn

momen giảm theo tốc độ

- iều chỉnh điện áp phần ứng Trong tr ờng điện áp cung cấp cho phần ứng;

- iều chỉnh điện áp phần ứng Trong tr ờng điện áp cung cấp cho phần ứng;

hợp từ thông không đổi, khi tăng tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức thỡ mômen sẽ không đổi, còn

công suất tăng theo tốc độ

2.2.2.Động cơ bước

a đéng c¬ biÕn trë tõ

b động cơ đơn cực

c đéng c¬ hai cùc

d đéng c¬ nhiÒu pha

2.2.3.Động cơ Servo (Servomotor).

đéng c¬ servo mét chiÒu

Mạch điều khiển

Encoder

+

Hình 2.41 Sơ đồ điều khiển servomoto

2.3.Các loại ly hợp

 Li hợp đĩa ma sát khí nén

 Li hợp đĩa ma sát thủy lực

 Li hợp đĩa ma sát điện từ

2.1.Li hợp đĩa ma sát khí nén

Trục chủ động Trục bị động

Đĩa ma sát

Khí nén

Piston

Ký hiệu

3.2.Li hợp đĩa ma sát thủy lực

Trục chủ động

Trục bị động

Đĩa ma sát

Dầu ép

Chốt Piston

2.3.Li hợp đĩa ma sát điện từ

3ø THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN

Thiết bị điều khiển trong hệ thống tự động làm nhiệm vụ thu thập các thông tin từ cảm biến, từ chương trình điều khiển, từ các phần tử điều khiển bằng tay sau đó xử lý các thông tin đó theo một thuật toán định trước và ra lệnh cho cơ cấu chấp hành thao tác đúng trình tự công nghệ

PHÂN LOẠI THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THEO CẤU TẠO

1- ĐIỀU KHIỂN BẰNG CƠ KHÍ

2- ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN

3- ĐIỀU KHIỂN BẰNG CƠ – ĐIỆN

4- ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ

5- HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC

6- VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

3.1- ĐIỀU KHIỂN BẰNG CƠ KHÍ

Li hợp

Trục truyền

động

Bánh răng trục cam Cam điều khiển Trục cam

Trục công tác

Điều khiển bằng cam

Động cơ

3.2- ÑIEÀU KHIEÅN BAÈNG KHÍ NEÙN

Mạch khí nén

Rơle là loại khí cụ tự động dùng để khởi động một thiết bị hay một quá trình nào đó Nhiệm vụ chủ yếu là dùng để đóng, mở các tiếp điểm nhằm điều khiển và bảo vệ

Một rơle đạt chất lượng tốt phải đạt các yêu

cầu sau : Không hỏng hóc khi làm việc, tần số đóng mở cao, tốc độ đóng mở cao.

Một số rơle thường dùng : Rơle thời gian dùng tụ và tranzito, Rơle thời gian thuỷ lực – khí ép,

RƠLE

3.3- ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN

MỘT SỐ LOẠI RƠLE THỜI GIAN

CỦA HÃNG OMRON

RƠLE KỸ THUẬT SỐ RƠLE THƯỜNG

Là công tắc dùng để thực hiện thao tác chuyển đổi trong các mạch điều khiển theo tín hiệu hành trình của cơ cấu cần điều khiển.

Nó có thể đóng hoặc mơ û khi bộ phận di động của máy thực hiện một hành trình nhất định.(Hình)

CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH

MỘT SỐ LOẠI CÔNG TẮC HÀNH

TRÌNH CỦA HÃNG OMRON

3.5 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH

LOGIC(Programmable Logic Control): PLC

Cấu tạo tổng quát của PLC

Hình dáng PLC của Omron

CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA PLC

MÔ ĐUN ĐẦU VÀO

TỪ BÊN NGOÀI VÀO TRONG PLC MÔ ĐUN NÀY CÓ NHIỀU ĐẦU VÀO : 8 - 16 - 24 - 32

BÁO HIỆU SỰ CÓ MẶT CỦA TÍN HIỆU VÀO.

CẢM BIẾN.

MÔ ĐUN ĐẦU RA

VÀO, THÔNG TIN ĐẦU RA LÀ DÒNG ĐIỆN ĐƯỢC CHUYỂN TỚI CÁC BỘ PHẬN KÍCH HOẠT CHO MÁY LÀM VIỆC NHƯ : RƠLE, CUỘN TỪ, VAN…

QUAN SÁT ĐIỆN THẾ RA.

VÀO VÌ LÝ DO NHIỆT HOẶC ĐIỆN.

MÔ ĐUN PHỐI GHÉP

BỊ BÊN NGOÀI NHƯ MÀN HÌNH, THIẾT BỊ LẬP TRÌNH (MÁY VI TÍNH) HOẶC VỚI PANEN MỞ RỘNG.

PHỤ ĐẶC BIỆT ĐỂ TẠO RA CÁC CHỨC NĂNG PHỤ NGOÀI CHỨC NĂNG LOGIC

CÁC CHỨC NĂNG CỦA PLC

HỒI TỪ CẢM BIẾN.

HỢP VỚI CHƯƠNG TRÌNH.

TRÊN CƠ SỞ SO SÁNH CÁC THÔNG TIN THU ĐƯỢC.

CHỈ THÍCH HỢP.

NHỮNG ƯU ĐIỂM KHI SỬ DỤNG PLC

TRÌNH.

VỚI YÊU CẦU.

CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PLC

(STATEMENT LIST : STL).

( CONTROL SYSTEM FLOW : CSF ).

MINH HỌA VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH CHO PLC