Nghiên cứu điều khiển điện-khí nén

Hệ thống điều khiển điện-khí nén bao gồm các phần tử điều khiển và cơcấu chấp hành được nối kết với nhau

Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 1 TIỂU LUẬN ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 2 1. Đại cương hệ thống điều khiển điện-khí nén 1.1. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển điện-khí nén bao gồm các phần tử điều khiển và cơ cấu chấp hành được nối kết với nhau thành hệ thống hoàn chỉnh để thực hiện những nhiệm vụ theo yêu cầu đặt ra. Hệ thống được mô tả như hình 1-1. Hình 1.1 Hệ thống điều khiển điện-khí nén * Tín hiệu đầu vào: nút nhấn, công tắc; công tắc hành trình; cảm biến. * Phần xử lý thông tin: xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác đònh, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển: van logic AND, OR, NOT, YES, FLIP-FLOP, RƠLE… * Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng, áp suất) theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành: van chỉnh áp, van đảo chiều, van tiết lưu, ly hợp… * Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển: xy lanh khí-dầu, động cơ khí nén-dầu. * Năng lượng điều khiển: bao gồm phần thông tin và công suất. * Phần thông tin: điện tử, điện cơ, khí, dầu, quang học, sinh học. * Phần công suất: - Điện: công suất nhỏ, điều khiển hoạt động dễ, nhanh. - Khí: công suất vừa, quán tính, tốc độ cao. - Thủy: công suất lớn, quán tính ít - dễ ổn đònh, tốc độ thấp. - Thủy: công suất lớn, quán tính ít - dễ ổn đònh, tốc độ thấp. Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 3 1.2. Các loại tín hiệu điều khiển Trong điều khiển khí nén nói chúng ta sử dụng hai loại tín hiệu: + Tương tự (hình 1.2.a) + Rời rạc (số) (hình 1.2.b). 1.3. Điều khiển vòng hở Hệ thống điều khiển vòng hở là không có sự so sánh giữa tín hiệu đầu ra với tín hiệu đầu vào, giá trò thực thu được và giá trò cần đạt không được điều chỉnh, xử lý. Hình 1.3 mô tả hệ thống điều khiển tốc độ động cơ thủy lực. 1.4. Điều khiển vòng kín (hồi tiếp) Hệ thống mà tín hiệu đầu ra được phản hồi để so sánh với tín hiệu đầu vào. Độ chênh lệch của 2 tín hiệu vào ra được thông báo cho thiết bò điều khiển, để thiết bò này tạo ra tín hiệu điều khiển tác dụng lên đối tượng điều khiển sao cho giá trò thực luôn đạt được như mong muốn. Hình 1.4 minh họa hệ thống điều khiển vò trí của chuyển động cần pít tông xy lanh thủy lực. Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 4 2. ƯU VÀ NHƯC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 2.1. Ưu điểm − Tính đồng nhất năng lượng giữa phần I và P ( điều khiển và chấp hành) nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện. − Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: 3 – 8 bar. − Khả năng quá tải lớn của động cơ khí − Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật − Tuổi thọ lớn − Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và bảo đảm môi trường sạch vệ sinh. − Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. − Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nền truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao. 2.2. Nhược điểm − Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử − Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém. − Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh. Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 5 − Lực truyền tải trọng thấp. − Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn − Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng. 3. Phạm vi ứng dụng của điều khiển khí nén Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng rộng rãi ở những lónh vực mà ở đó vấn đề nguy hiểm, hay xảy ra các cháy nổ, như: các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc được sử dụng trong ngành cơ khí như cấp phôi gia công; hoặc trong môi trường vệ sinh sạch như công nghệ sản xuất các thiết bò điện tử. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm, như: rữa bao bì tự động, chiết nước vô chai…; trong các thiết bò vận chuyển và kiểm tra của các băng tải, thang máy công nghiệp, thiết bò lò hơi, đóng gói, bao bì, in ấn, phân loại sản phẩm và trong công nghiệp hóa chất, y khoa và sinh học. Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 6 4. Cấu trúc chung của một hệ thống điều khiển khí nén Hình 1.5-Cấu trúc chung của một hệ thống điều khiển khí nén 4.1. Hệ thống cung cấp nguồn năng lượng khí cho toàn bộ cơ cấu: Hình 1.6 – Hệ thống thiết bò phân phối khí nén Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 7 Mạng đường ống dẫn khí nén Hình 1.7 - Hệ thống lắp ráp mạng đường ống theo kiểu vòng tròn Hình 1.8 - Lăp ráp mạng đường ống trực tiếp từ máy nén khí 1. Bộ phận xả nước ở bình trích chứa 2. Bình trích chứa nước ngưng tụ 3. Van giảm áp + bình chứa nước ngưng tụ 4. Bộ phận lọc: bộ lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu 5. Bình chứa nước ngưng tụ và van xả cuối mạng ống dẫn Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 8 Hình 1.9 - Sơ đồ lắp ráp mạng đường ống dẫn khí nén trong nhà máy Một số thiết bò trong hệ thống cung cấp khí nén: Máy nén khí kiểu Piston: • Không khí sau khi qua bộ lọc khí được nén ở thân máy nén khí nhờ các van đóng và mở trên đầu Piston, sau đó được đẩy vào bình chứa. Để có thể nén đến áp suất > 15 bar sử dụng Piston 2 cấp hoặc nhiều hơn, do không khí được nén nhiều lần nên phải có hệ thống làm mát trung gian. Nguyên lý: Hình 1.10 – Nguyên lý hoạt động của máy nén khí Piston 1 cấp Máy nén khí kiểu cánh gạt: • Không khí được nén vào buồng hút, nhờ Rotor và Stator đặt lệch nhau nên khi Rotor quay không khí sẽ vào buồng nén sau đó sẽ vào buồng đẩy. Nguyên lý: Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 9 Hình 1.11 – Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt Máy nén khí kiểu trục vít: • Hai Rotor đặt song song 1 Rotor có 4 răng và 1 Rotor có 6 rãnh hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích thay đổi giữa các răng khi trục vít quay được 1 vòng. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên) và quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. Nguyên lý: Hình 1.13 – Nguyên lý hoạt động của bơm trục vít. Điều Khiển Điện - Khí Nén Thực Hiện: Klong & Namnet 10 Hình 1.14 – Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn. Máy nén khí kiểu Root: • Gồm 2 hoặc 3 cánh gạt (piston dạng số 8), các piston đó được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy, trong quá trình quay không tiếp xúc nhau. Như vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa hai piston, khe hở giữa phần quay và thân máy. Nguyên lý: Hình 1.15 – Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu ROOT. Máy nén khí kiểu Turbin: • Là những máy nén khí dòng liên tục, đặc biệt có lưu lượng lớn, gồm hai loại dọc trục và hướng tâm. Tốc độ dòng chảy của khí rất lớn có thể tăng tốc bằng cách tăng số lượng cánh turbin. Nguyên lý: [...]... và hiệu quả kinh tế cho các hệ thống điều khiển đơn giản Thực Hiện: Klong & Namnet 12 Điều Khiển Điện - Khí Nén Hình 1.19 - Bộ lọc 1 Van lọc 2 Van điều chỉnh áp suất 3 Van tra dầu Van điều chỉnh áp suất: • Có tác dụng giữ áp suất được điều chỉnh không đổi cho dù có áp suất bất thường của tải trọng làm việc Nguyên tắc hoạt động: khi điều chỉnh trục vít bằng cách điều chỉnh vò trí của đóa van, trong.. .Điều Khiển Điện - Khí Nén Hình 1.16–Máy nén khí Tuabin – a.Kiểu li tâm – b.Kiểu khí nén chiều trục Bình ngưng tụ: Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí được dẫn vào bình ngưng tụ Tại đây khí nén sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khí sẽ ngưng tụ và tách ra Hình 1.17 – Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước Thiết bò sấy khô bằng chất làm lạnh: Khí nén từ... tín hiệu khí nén – điện, giá trò áp suất để kích hoạt rơle được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh Thực Hiện: Klong & Namnet 33 Điều Khiển Điện - Khí Nén Hình 1.54 – Rơle áp suất Van điều chỉnh thời gian Rơle thời gian đóng chậm: Là cụm các phần tử: van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay, bình trích chứa, van đảo chiều 3/2 ở vò trí “không” cửa P bò chặn Nguyên lý hoạt động và ký hiệu: Khí nén qua van... trong trường hợp áp suất ở đường ra tăng lên so với áp suất điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác động lên màng làm vò trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài cho đến khi áp suất đường ra giảm xuống bằng áp suất được điều chỉnh ban đầu Thực Hiện: Klong & Namnet 13 Điều Khiển Điện - Khí Nén Hình 1.20 – Nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất và kí hiệu Van tra dầu: Bôi trơn làm giảm... của tải trọng Khi điều chỉnh trục vít  điều chỉnh vò trí đóa van Trong trường hợp áp suất ở đường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác động lên màng, vò trí kim van thay đổi khí nén theo lỗ xả ra ngoài cho đến khi áp đường ra giảm xuống bằng áp suất điều chỉnh thì kim van trở về vò trí ban đầu Hình 1.50 – Van điều chỉnh áp suất (van tràn) Van áp suất điều chỉnh từ xa:... lạnh: Khí nén từ máy nén khí qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí (1), tại đây dòng khí nén sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ phận ngưng tụ đi lên Sau khi làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh (2), quá trình làm lạnh Thực Hiện: Klong & Namnet 11 Điều Khiển Điện - Khí Nén sẽ được thực hiện bằng cách dòng khí nén được đổi chiều... màng chắn do đó không điều chỉnh được Hình 1.46 – Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay Van tiết lưu một chiều điều khiển bằng cử chặn: Vận tốc xilanh trong quá trình chuyển động có những vận tốc khác nhau tại các hành trình khác nhau Thực Hiện: Klong & Namnet 30 Điều Khiển Điện - Khí Nén Hình 1.47 – Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cử chặn Van an toàn: Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất... Van đảo chiều xung 4/2: - Tác động bằng dòng khí nén đi vào - 4 cửa A, B, P, R - 2 vò trí a và b - vò trí a cổng nguồn P nối cổng làm việc B, cổng làm việc A nối cổng xả R Thực Hiện: Klong & Namnet 25 Điều Khiển Điện - Khí Nén - vò trí b cổng nguồn P nối cổng làm việc A, cổng làm việc B nối cổng xả R - Các vò trí a, b được điều khiển bằng dòng khí nén đi vào X,Y Hình 1.38 – Van trượt đảo chiều 4/2... từ nguồn khí nén khác) tác động cửa P sẽ nối cổng A Tín hiệu X có thể tác động trực tiếp lên van đảo chiều hay gián tiếp Z qua van tràn Thực Hiện: Klong & Namnet 32 Điều Khiển Điện - Khí Nén Hình 1.51 – Van áp suất điều chỉnh từ xa Hình 1.52 – Van áp suất điều chỉnh từ xa qua tác động gián tiếp qua van tràn Bộ chuyển đổi xung: Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu liên tục (lưu lượng dòng khí nén) thành những... tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay: Nguyên lý hoạt động vàkí hiệu: Tiết diện Ax thay đổi bằng vít điều chỉnh bằng tay Khi dòng khí nén đi từ A qua B lò xo đẩy màng chắn xuống và dòng khí nén chỉ đi qua tiết diện Ax Khi dòng khí nén đi ngược lại từ B qua A áp suất khí nén thắng lực lò xo đẩy màng chắn lên làm cho lưu lượng dòng khí không phụ thuộc khoảng hở màng chắn do đó không điều chỉnh được Hình . Đại cương hệ thống điều khi n điện-khí nén 1.1. Hệ thống điều khi n Hệ thống điều khi n điện-khí nén bao gồm các phần tử điều khi n và cơ cấu chấp hành. chỉ điều khi n theo chương trình có sẵn. Khả năng điều khi n phức tạp kém. − Khả năng tích hợp hệ điều khi n phức tạp và cồng kềnh. Điều Khi n Điện