Bài giảng điều khiển điện khí nén TC nghề gia lai

TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ GIA LAI O0O -BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN Ho Chi Minh city, September 2010 Mục đích môn học  Hiểu chức năng, nguyên lý làm việc phần tử khí nén, điện -khí nén, thủy lực, điện thủy lực  Có kiện thức để thiết kế mạch điều khiển khí nén, điện khí nén, thủy lực, điện thủy lực  Đọc phân tích hệ thống điều khiển khí nén, thủy lực, điện thủy lực thực tế  Phát lỗi cúa phần tử hệ thống, sữa chữa bảo dưỡng hệ thống Tài liệu tham khảo  Tài liệu tham khảo chính: [1] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén, NXB Giáo dục, 1999 [2] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển thủy lực, NXB Giáo dục, 2000  Các tài liệu khác [1] Andrew A Parr, Hydraulics and Pneumatics, Elsevier Science & Technology Books CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 1.1 Tổng quan 1.1.1 Lịch sử 1.1.2 Ứng dụng 1.1.3 Ưu nhược điểm 1.2 Cơ sở lý thuyết 1.2.1 Đơn vị sử dụng 1.2.2 Áp suất 1.2.3 Lực 1.2.4 Lưu lượng 1.2.5 Các định luật khí 1.3 Cấu trúc HT điều khiển tự động khí nén 1.4 Các phương pháp điều khiển tự động HT khí nén TỔNG QUAN  Khí nén phần lưu chất với không khí loại khí khác nén lại Pneumatics: xuất phát từ tiếng Hy Lạp Pneuma có nghĩa khí, gió thở  Điều khiển khí nén thiết kế với mục đích hướng dòng chảy khí nén theo mạch để điều khiển cấu chấp hành  Các dòng chảy dạng lượng khí nén điều khiển cấu chấp hành thực chuyển động tịnh tiến hay quay LỊCH SỬ  Cuối kỷ XVII, Torricelli, Mariotte sau Bernoulli tiến hành nghiên cứu lý thuyết ứng dụng liên quan đến áp suất lực từ lỗ thùng chứa nước đường dẫn Blaise Pascal đưa định luật tảng khoa học thủy lực  Cuối năm 1930 đặc biệt khoảng thời gian chiến tranh TG thứ II, hệ thống điều khiển lưu chất sử dụng rộng rãi phát triển mạnh, ứng dụng rộng rãi máy móc sản xuất  Vào năm 1951 ứng dụng công nghiệp tăng nhanh, hội nghị tổ chức Detrit, Michigan với mục đích hình thành nên tiêu chuẩn cho thiết bị khí nén thủy lực  Vào năm 1966, hệ thống ký hiệu đưa Viện tiêu chuẩn Hoa Kỳ (United States America Standards Institute) Khi sử dụng ký hiệu này, người bảo trì dễ dàng thay sửa chữa thiết bị hệ thống, dễ dàng phán đoán lỗi hư hỏng hệ thống cách tham khảo catalogue nhà sản xuất ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN  Có thể sử dụng môi trường khắc nghiệt, lĩnh vực nguy hiểm  Sản xuất, lắp ráp thiết bị điện tử & chế biến thực phẩm điều kiện vệ sinh môi trường tốt độ an toàn cao  Các dây chuyền tự động: đóng gói, vận chuyển, cấp phôi, gá đặt… sản xuất dược phẩm, hoá chất, nước giải khát,… ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN Máy cắt giấy hệ thống cấp dung dịch vào chai hệ thống khí nén CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ  Định luật khí lý tưởng: Biểu diễn mối liên hệ áp suất, thể tích nhiệt độ Khi áp dụng định luật sử dụng áp suất nhiệt độ tuyệt đối PV 1T2  PV 2T1 Đẳng áp : V  const T Đẳng tích : P  const T Đẳng nhiệt : P.V = const CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐẲNG NHIỆT P (bar) (bar) PP(bar) 16 16 16 14 14 14 12 12 12 10 10 10 Định luật Boyle-: Tích áp suất tuyệt đối thể tích khối khí số nhiệt độ khí không thay đổi 88 66 44 22 00 0 22 44 66 10 12 14 10 12 12 14 14 16 16 V 88 10 16 Volume VV V Biểu đồ đẳng nhiệt P1.V1 P2.V2 constant P1.V1 == = P2.V2 P2.V2 == = constant constant P1.V1 CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐẲNG TÍCH Nhiệt Nhiệtđộ độ Celsius Celsius 100 80 60 40 20 666 -20 -20 -60 -60 10 10 10 444 12 12 12 222 14 14 14 000 -40 -40 888 bar bar bar 16 16 16 P(bar) (bar) PP P (bar) (bar) 55 10 15 15 20 P1 P2 = =c T1(K) T2(K)  Từ định luật Boyle Charles nhận thấy thể tích khối khí giữ giá trị không đổi áp suất tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối 0K  Định luật Gay-Lussac: Áp suất tuyệt đối khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (thể tích khí không đổi V = const)  00C = 2730K CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐẲNG ÁP Nhiệt (Celsius) Nhiệt độ độ (Celsius) 100 366.25K 80 60 40 293K 293K 20 Định luật Charles: Với khối khí áp suất không đổi thể tích tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Như theo định luật Charles: Thể tích khí bình chứa thay đổi tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (áp suất không thay đổi ) -20 -40 -60 219.75K 219.75K 0.25 0.5 0.75 1.25 1.5 1.75 1.75 Volume V Biểu đồ đẳng áp V2 V1 =c = T2(K) T1(K) CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐỊNH LUẬT KHÍ TỔNG QUÁT Định luật khí tổng quát kết hợp định luật Boyle Charles với áp suất, thể tích nhiệt độ thay đổi trạng thái khí chúng có mối liên hệ với giá trị số P1.V1 P2 V2   const T1 T2 Biểu đồ biểu diễn định luật khí tổng quát CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHÍ NÉN Sơ đồ cấu tạo chức hệ thống điều khiển khí nén- điện CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN • Các thiết bị xử lý, điều khiển, • Thông tin điều khiển, • Cơ cấu chấp hành Đều dựa thông tin dòng khí nén để thực chuyển động thích hợp theo yêu cầu Các loại mạch điều khiển hành trình: • Mạch điều khiển • Mạch điều khiển theo tầng • Mạch điều khiển theo nhịp CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN • Sử dụng van điện từ (solenoid) để điều khiển chuyển động cấu chấp hành khí nén • Cơ sở thiết kế mạch điều khiển hành trình vị trí phần tử đưa tín hiệu vào (công tắc, cảm biến ) Các loại mạch điều khiển hành trình: • Mạch điều khiển • Mạch điều khiển theo tầng • Mạch điều khiển theo nhịp CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN Cơ cấu chấp hành Phần tử điều khiển van điện từ (solenoid) Sơ đồ mạch điều khiển khí nén Nhận tín hiệu & xử lý tín hiệu phần tử đưa tín hiệu vào (công tắc, cảm biến ) Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC     Nguyên lý hệ điều khiển chương trình có nhớ PLC: PLC kết hợp phương thức điều khiển sau: Logic (lý thuyết đại số Boole) Phương pháp đếm kỹ thuật Rơle thời gian Các nhớ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG IC SỐ  5V 14 5V 13 12 11 10 14 13 12 7408 11 10 7404 Hệ thống rơle thay IC số với kích thước nhỏ giá thành rẻ Các IC số mạch tích hợp với cổng logic để thực chức hệ thống điều khiển CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC     Nguyên lý hệ điều khiển chương trình có nhớ PLC: PLC kết hợp phương thức điều khiển sau: Logic (lý thuyết đại số Boole) Phương pháp đếm kỹ thuật Rơle thời gian Các nhớ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG MAY TÍNH `    Hệ thống máy tính ghép nối với hệ thống điều khiển có độ xác cao, thời gian điều khiển đáp ứng ngắn dễ dàng việc thu thập xử lý liệu Sử dụng IC số hay vi điều khiển ghép nối với máy tính, Cần soạn thảo chương trình để điều khiển với ngôn ngữ lập trình với liệu kiện đề  http://www.festo-didactic.com/inten/  http://www.norgren.com/  http://www.pneumatica.be/pneumati cs/index.htm [...]... CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN S1 S2 S4 S3 Xy lanh A B1 Xy lanh B Quy trình đẩy chi tiết với hai xy lanh So sánh hệ thống khí nén, thủy lực và điện Nguồn năng lượng Tích trữ năng lượng Hệ thống phân phối Giá thành năng lượng Cơ cấu chấp hành quay Cơ cấu chấp hành tuyến tính Lực có thể điều khiển Nhược... chính Điện Thủy lực Khí nén Thường sử dụng nguồn cung cấp bên ngồi Giới hạn (pin) Động cơ điện hoặc động cơ diesel Động cơ điện hoặc động cơ diesel Giới hạn (bộ tích áp) Tốt với rò rỉ ít Động cơ Ac và DC Điều khiển động cơ Dc dễ Động cơ AC rẻ Khoảng hành trình ngắn sử dụng solenoid hoặc thơng qua chuyển đổi cơ khí Có thể điều khiển với động cơ DC và solenoid Tuy nhiên cần giải nhiệt Nguy hiểm khi giật điện. .. hạn do thiết bị Trung bình Tốc độ di chuyển chậm Dễ điều khiển Tốt có thể phân phối khắp nhà máy Cao nhất Khoảng thay đổi tốc độ lớn Khó điều khiển chính xác tốc độ Có thể dừng Xylanh Lực lớn Lức có thể điều khiển Xylanh, lực trung bình Lức có thể thay đồi được Rò rỉ gây nguy hiểm, có thể gây cháy nổ Tiếng ồn KHÍ NÉ N - Xylanh - Xylanh quay - Đđộ ng cơ khí né n - Van đả o chiề u - Phầ n tửchuyể n đổ i... điều khiển đơn giản • Dễ dàng tự động hố • Thời gian đáp ứng nhanh, tác động nhanh và có thể làm việc từ xa • Giá thành thiết kế hệ thống rẻ ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM  NHƯỢC ĐIỂM • Kích thước lớn hơn so với hệ thống thủy lực có cùng cơng suất • Tính nén được của khí ảnh hưởng tới chất lượng làm việc của hệ thống • Do khí xả ra qua các cửa tạo nên âm thanh khá ồn • Do vận tốc của các cơ cấu chấp hành khí nén. .. cố định Khí có thể được nén ở áp suất cao còn chất lỏng thì chỉ nén được với một thể tích rất nhỏ (có thể được xem như khơng nén được) CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỶ TRỌNG Các thí nghiệm ban đầu về các trạng thái khí và khơng khí được thực hiện bởi các nhà khoa học như Boyle và Charles Các kết quả của các thí nghiệm chỉ ra đặc tính của khí theo các quy luật sau, quy luật này được biết như là định luật khí lý tưởng... • Việc điều khiển theo quy luật vận tốc cho trước và dừng lại ở vị trí trung gian cũng khó thực hiện được chính xác như đối với các hệ thống khác CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ  Khí là một trong ba trạng thái cơ bản của vật chất Khí cũng có đặc tính tương tự với chất lỏng là khơng có hình dạng xác định mà có hình dạng phụ thuộc vào hình dạng của vật chứa và áp suất truyền theo mọi hướng  Khí khác... Áp suất khí quyển: Đây là áp suất tạo ra trên bề mặt trái đất bằng khối lượng khơng khí bao quanh trái đất là 14,7 psi (Pound/inch) Áp suất khí quyển là áp suất khơng khí bao quanh chúng ta (1 bar) Áp suất dư (Áp suất tương đối): áp suất sẽ được đo với mức chuẩn là áp suất khí quyển Áp suất dư bằng 0 chính là áp suất khí quyển Áp suất tuyệt đối: Áp suất tuyệt đối = Áp suất dư + Áp suất khí quyển... quyển Áp suất tuyệt đối: Áp suất tuyệt đối = Áp suất dư + Áp suất khí quyển Áp suất khí quyển có thể đo bằng chiều cao của cột dung dịch trong chân khơng (1013 mbar = 1000 mbar) ÁP SUẤT Áp suất khí nén: áp suất khí nén là lực tác động trên một đơn vị diện tích F P A (N/m2) Chuyển đổi giữa các đơn vị đo áp suất LỰC  Khí nén tạo thành lực với giá trị bằng áp suất tác dụng lên bề mặt nhân với diện tích... được tính bằng lít khí tự do trên một đơn vị thời gian Mối tương quan giữa áp suất và thể tích khí CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ  Định luật khí lý tưởng: Biểu diễn mối liên hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ Khi áp dụng các định luật này chúng ta chỉ sử dụng áp suất và nhiệt độ tuyệt đối PV 1 1T2  PV 2 2T1 Đẳng áp : V  const T Đẳng tích : P  const T Đẳng nhiệt : P.V = const CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐẲNG NHIỆT P... lực F  P.A P bar Như vậy lực đẩy ra của piston sinh ra bởi áp suất khí được tính bằng cách nhân diện tích hiệu dụng với áp suất  D 2 P F 4 Với : F : Lực đẩy ra của piston (N) D : Đường kính piston (m) P : Áp suất khí nén cấp lên xy lanh (N/m2) LƯU LƯỢNG  Lưu lượng được đo là một thể tích khơng khí tự do đi qua trong một đơn vị thời gian Đơn vị thường sử dụng: Lít hoặc dm3 trên giây : l/s hoặc dm3/s ... phần tử khí nén, điện -khí nén, thủy lực, điện thủy lực  Có kiện thức để thiết kế mạch điều khiển khí nén, điện khí nén, thủy lực, điện thủy lực  Đọc phân tích hệ thống điều khiển khí nén, thủy... luật khí tổng qt CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHÍ NÉN Sơ đồ cấu tạo chức hệ thống điều khiển khí nén- điện CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN... Mạch điều khiển • Mạch điều khiển theo tầng • Mạch điều khiển theo nhịp CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN • Sử dụng van điện từ (solenoid) để điều khiển