Bài giảng điều khiển điện khí nén TC nghề gia lai

 Đọc và phân tích được các hệ thống điều khiển bằng khí nén, thủy lực, điện thủy lực trong thực tế.. Các phương pháp điều khiển tự động trong HT khí nén... ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU K

Trang 1

TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ GIA LAI

BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN

-O0O -Ho Chi Minh city, September 2010

Trang 2

Mục đích của môn học

 Hiểu chức năng, nguyên lý làm việc của các 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 và phân tích được các hệ thống điều khiển bằng khí nén,

thủy lực, điện thủy lực trong thực tế.

 Phát hiện lỗi cúa các phần tử và hệ thống, sữa chữa và bảo

dưỡng hệ thống.

Trang 3

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển bằng khí nén, NXB Giáo dục, 1999.

[2] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển bằng thủy lực, NXB Giáo dục, 2000

[1] Andrew A Parr, Hydraulics and Pneumatics, Elsevier Science & Technology Books

Trang 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN

1.3 Cấu trúc cơ bản của HT điều khiển tự động khí nén

1.4 Các phương pháp điều khiển tự động trong HT khí nén

Trang 5

TỔNG QUAN

 Khí nén là một phần của lưu chất với không khí

hoặc các loại khí khác được nén lại

khí, gió hoặc hơi thở

hướng dòng chảy của khí nén theo các mạch để

điều khiển cơ cấu chấp hành

điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động

tịnh tiến hay quay.

Trang 6

LỊCH SỬ

 Cuối thế kỷ XVII, Torricelli, Mariotte và sau đó là Bernoulli đã tiến

hành nghiên cứu các lý thuyết và ứng dụng liên quan đến áp suất và lực đi ra từ các lỗ trên các thùng chứa nước và các đường dẫn

Blaise Pascal đưa ra các định luật nền tảng của khoa học thủy lực

 Cuối những năm 1930 và đặc biệt là trong khoảng thời gian chiến

tranh TG thứ II, các hệ thống điều khiển bằng lưu chất được sử dụng rộng rãi và phát triển khá mạnh, được ứng dụng rộng rãi trong các máy móc sản xuất.

 Vào năm 1951 các ứng dụng trong công nghiệp tăng rất nhanh, các

hội nghị được tổ chức như Detrit, Michigan với mục đích hình thành

nên một tiêu chuẩn cho các thiết bị khí nén và thủy lực.

 Vào năm 1966, một hệ thống ký hiệu được đưa ra bởi Viện tiêu

chuẩn Hoa Kỳ (United States America Standards Institute) Khi

chúng ta sử dụng các ký hiệu này, người bảo trì dễ dàng thay thế và sửa chữa các thiết bị trong hệ thống, dễ dàng phán đoán các lỗi hư hỏng của hệ thống bằng cách tham khảo các catalogue của nhà sản xuất

Trang 7

ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN

 Các dây chuyền tự động: đóng gói, vận chuyển, cấp phôi, gá đặt… sản xuất dược phẩm, hoá chất,

Trang 8

Máy cắt giấy và hệ thống cấp dung dịch vào chai

bằng hệ thống khí nén

Trang 12

Trang 21

Trang 22

Xy lanh A

Xy lanh B

S1 S2

S3 S4

B1

Quy trình đẩy chi tiết với hai xy lanh

Trang 23

Giới hạn (pin)

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 thông 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

Động cơ điện hoặc động cơ diesel Giới hạn (bộ tích áp)

Giới hạn do thiết bị Trung bình

Tốc độ di chuyển chậm Dễ điều khiển

Có thể dừng Xylanh Lực lớn Lức có thể điều khiển

Rò rỉ gây nguy hiểm,

có thể gây cháy nổ

Động cơ điện hoặc động cơ diesel

Tốt có thể phân phối khắp nhà máy

Cao nhất Khoảng thay đổi tốc

độ lớn Khó điều khiển chính xác tốc độ

Xylanh, lực trung bình Lức có thể thay đồi được

Tiếng ồn

Trang 24

ĐỐ I TƯỢNG ĐIỀ U KHIỂ N (Cơ cấ u chấ p hà nh)

PHẦ N TỬ ĐIỀ U KHIỂ N (Cơ cấ u tá c độ ng - Output)

PHẦ N TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆ U

- Đđộ ng cơ khí né n

- Van đả o chiề u

- Phầ n tử chuyể n đổ i

- Van châ n khô ng

- Van đả o chiề u

- Van chắ n (OR, AND, xả

khí nhanh)

- Van tiế t lưu,

- Van thờ i gian, bộ đế m

- F-F khí né n, CPU khí

né n

Nú t nhấ n, cô ng tắ c, cô ng

tắ c hà nh trình, cả m biế n,

lưu chương trình

NGUỒ N NĂ NG LƯỢNG ĐIỆ N

NGUỒ N NĂ NG

LƯỢNG KHÍ NÉ N

- Độ ng cơ điệ n

- Solenoid

- Độ ng cơ tịnh tiế n

- Cô ng tắ c tơ cô ng suấ t

- Transistor cô ng suấ t

- Thyristor cô ng suấ t

- Cô ng tắ c tơ

Trang 25

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

 ƯU ĐIỂM

cháy nổ và có thể làm việc trong môi trường

có thể làm việc từ xa

Trang 26

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

• Do khí xả ra qua các cửa tạo nên âm thanh khá ồn.

• Do vận tốc của các cơ cấu chấp hành khí nén lớn nên

dễ xảy ra va đập ở cuối hành trình.

• 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.

Trang 27

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 không

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 với chất lỏng là không có thể tích 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 không nén được).

Trang 28

TỶ TRỌNG

Các thí nghiệm ban đầu về các trạng thái khí và không khí được thực hiện bởi các nhà khoa học

nghiệm chỉ ra đặc tính của khí theo các quy luật

Trang 29

ĐƠN VỊ SỬ DỤNG

Có 3 hệ thống đơn vị thường được sử dụng là:

• Hệ thống đơn vị Metric : mét, kilôgram và giây

• Hệ thống Imperial System: foot, pound, giây

• Hệ thống đơn vị SI: mét, newton, giây

Trang 30

 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

Áp suất khí quyển có thể đo bằng chiều cao của cột dung

dịch trong chân không (1013 mbar = 1000 mbar)

Trang 31

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

Trang 32

 Khí nén tạo thành lực với giá trị bằng áp suất tác

dụng lên bề mặt nhân với diện tích tác dụng

 Dung dịch trong bình được cung cấp áp suất và chuyển

thành lực.

.

F P A 

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.

2

4

Trang 33

LƯU LƯỢNG

 Lưu lượng được đo là một thể tích không 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.

Thể tích trên phút : m3/ph.

Thể tích đo trên đơn vị feet trên 1 phút : scfm.

Lưu lượng thường được tính bằng

lít khí tự do trên một đơn vị thời gian

Trang 34

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.

Trang 35

Tích của áp suất tuyệt đối và thể tích của khối khí luôn là hằng số nếu nhiệt độ của khí không thay đổi.

Biểu đồ đẳng nhiệt

CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ

Trang 36

10 12 14 16

P1 P2 T1(K) = T2(K)= c

6 8

bar

10 12 14 16

P1 P2 T1(K) = T2(K)= c

6 8

bar

10 12 14 16

P1 P2 T1(K) = T2(K)= c

bar

10 12 14 16

P1 P2 T1(K) = T2(K)= c

 Từ định luật Boyle và

Charles chúng ta có thể nhận thấy rằng nếu thể tích của một khối khí được giữ ở một giá trị không đổi thì áp suất sẽ tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối 0K

 Định luật Gay-Lussac: Áp

suất tuyệt đối của khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó (thể tích khí không đổi V = const).

 00C = 2730K.

Trang 37

V1 V2 T1(K) = T2(K)= c

Biểu đồ đẳng áp

ĐẲNG ÁP Định luật Charles: Với một khối

khí ở áp suất không đổi thì thể tích sẽ tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Như vậy theo định luật Charles: Thể tích của khí trong bình chứa

sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với nhiệt

độ tuyệt đối (áp suất không thay đổi )

Trang 39

CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHÍ NÉN

Sơ đồ cấu tạo chức năng của hệ thống

điều khiển khí nén- điện

Trang 40

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 trên thông tin của dòng khí

nén để thực hiện các chuyển động

thích hợp theo yêu cầu.

Các loại mạch điều khiển hành trình:

• Mạch điều khiển tuần tự.

• Mạch điều khiển theo tầng.

• Mạch điều khiển theo nhịp.

Trang 41

ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN

Các loại mạch điều khiển hành trình:

• Mạch điều khiển tuần tự.

• Mạch điều khiển theo tầng.

• Mạch điều khiển theo nhịp.

• Sử dụng các van điện từ (solenoid)

để điều khiển chuyển động của các cơ cấu chấp hành bằng khí nén

• Cơ sở thiết kế mạch điều khiển hành trình là vị trí các phần tử đưa tín hiệu vào

(công tắc, cảm biến )

Trang 42

Sơ đồ mạch điều khiển khí nén

Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén

Cơ cấu chấp hành Phần tử điều khiển

Nhận tín hiệu

& xử lý tín hiệu

van điện từ (solenoid)

phần tử đưa tín hiệu vào (công tắc, cảm biến )

Trang 43

Nguyên lý hệ điều khiển chương trình có nhớ PLC: PLC kết hợp những phương thức điều khiển sau:

 Logic (lý thuyết đại số

Trang 44

 Hệ thống bằng rơle được

thay thế bằng các IC số với kích thước nhỏ hơn và giá thành rẻ Các IC số là

những mạch tích hợp với các cổng logic để thực hiện các chức năng của hệ

Trang 45

Nguyên lý hệ điều khiển chương trình có nhớ PLC: PLC kết hợp những phương thức điều khiển sau:

 Logic (lý thuyết đại số

Trang 46

 Hệ thống máy tính ghép nối với các hệ thống điều khiển có độ

chính xác cao, thời gian điều khiển và đáp ứng ngắn và dễ dàng trong việc thu thập và xử lý dữ liệu

 Sử dụng các IC số hay vi điều khiển ghép nối với máy tính,

 Cần soạn thảo một chương trình để điều khiển với một ngôn ngữ

lập trình nào đó với các dữ liệu và dữ kiện đề ra

ĐIỀU KHIỂN BẰNG MAY TÍNH

`

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	12,62 MB