Tự động hóa hệ thống thủy khí nguyễn văn định

02/12/15 KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ o0o BÀI GIẢNG TỰ ĐỘNG HĨA HỆ THỐNG THỦY-KHÍ Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Định GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN Mục tiêu Học phần cung cấp cho người học: ngun lý hoạt động bơm, loại van điện từ; phương pháp sử dụng vi điều khiển PLC để điều khiển hệ thống thủy khí nhằm giúp sinh viên có khả tự động hóa dây chuyền sản xuất sử dụng hệ thủy/khí Thời lượng: 03 tín 02/12/15 GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt) Nhiệm vụ sinh viên § Tỉ lệ tham gia học lớp phải đạt 80% § Tham gia làm tập tập nhóm § Dụng cụ học tập: có đầy đủ tài liệu học tham khảo Đánh giá kết học tập § Kiểm tra: 50%, đó: - Tham gia học lớp: 5% - Làm tập: 10% - Đánh giá q trình: 15% - Kiểm tra cuối kỳ: 20% § Thi kết thúc học phần (vấn đáp): 50% GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt) Các chủ đề 5.1 Cơ sở lý thuyết HT khí nén thủy lực (2 tiết) 5.2 Cung cấp xử lý nguồn lượng (6 tiết) 5.3 Phần tử HT điều khiển khí nén (12 tiết) 5.4 Phần tử HT điều khiển thủy lực (12 tiết) 5.5 Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén (10 tiết) Đánh giá q trình, kiểm tra (3 tiết) Thơng tin giảng viên ThS Nguyễn Văn Định, Bộ mơn Cơ điện tử - Khoa Cơ khí ĐT: 0905 124 566 Email: nvdinh4566@yahoo.com 02/12/15 GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt) Tài liệu học tập Nguyễn Văn Định (2014), Bài giảng tự động hóa thủy khí, Lưu hành nội Tài liệu tham khảo § Nguyễn Ngọc Phương (1999), Hệ thống điều khiển khí nén, NXB Giáo dục § Nguyễn Ngọc Phương (2000), Hệ thống điều khiển thủy lực, NXB Giáo dục § Andrew A Parr, Hydraulics and Pneumatics, Elsevier Science & Technology Books CHỦ ĐỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 1.1 Sơ lược hệ thống điều khiển khí nén thủy lực 1.2 Ưu nhược điểm hệ thống 1.3 Phạm vi ứng dụng hệ thống 1.4 Đơn vị đo đại lượng 02/12/15 1.1 Sơ lược hệ thống điều khiển khí nénthủy lực 1.1.1 Hệ thống điều khiển 1.1.2 Điều khiển vòng hở 02/12/15 1.1.3 Điều khiển vòng kín 1.2 Ưu nhược điểm hệ thống 1.2.1 Hệ thống khí nén Ưu điểm: Ø An tồn q tải có hệ thống phòng ngừa q áp suất Ø Khơng nhiễm Ø Có độ đàn hồi cao Do đó, có khả trích chứa lượng tốt Ø Có khả truyền tải lượng xa Ø Chi phí nhỏ để thiết lập hệ truyền động khí nén Nhược điểm: Ø Lực truyền tải trọng thấp Ø Gây tiếng ồn có dòng khí nén Ø Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền thay đổi theo 02/12/15 1.2.2 Hệ thống thủy lực Ưu điểm: Ø Truyền động cơng suất cao, lực lớn Ø Dễ đề phòng q tải nhờ van an tồn Ø Điều chỉnh vận tốc vơ cấp Ø Tự động hóa đơn giản… Nhược điểm: Ø Khó giữ vận tốc khơng đổi tải thay đổi Ø Hệ thống cồng kềnh Ø Nhiệt độ độ nhớt dầu thay đổi ảnh hưởng đến độ xác điều khiển 1.3 Phạm vi ứng dụng hệ thống 1.3.1 Phạm vi ứng dụng điều khiển khí nén Tay máy gắp sản phẩm khí nén 02/12/15 1.3.1 Phạm vi ứng dụng điều khiển khí nén Tay máy gắp sản phẩm khí nén 1.3.2 Phạm vi ứng dụng điều khiển thủy lực Bàn nâng thủy lực 02/12/15 1.3.2 Phạm vi ứng dụng điều khiển thủy lực Máy xúc dùng thủy lực 1.4 Đơn vị đo đại lượng Ø Áp suất (P) – Pascal (Pa), bar, N/m Pascal (Pa) = 1N/m2; bar = 105 Pa Ø Vận tốc – m/s Ø Thể tích – m3 Ø Lưu lượng (Q) – m3/phút Ø Lực – Newton (N) N = kg.m/s2 Ø Cơng suất (H) – Watt (W) W = Nm/s ; H(kW) = [Q(l/min) * P(bar)]/600 02/12/15 CHỦ ĐỀ CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ NGUỒN NĂNG LƯỢNG 2.1 Khí nén 2.2 Thủy lực 2.3 Máy nén khí thiết bị xử lý khí nén 2.1 Khí nén 2.1.1 Sản xuất khí nén Ø Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn khí nén cung cấp Ø Nguồn khí nén phải cung cấp thường xun với thể tích đầy đủ, áp suất định Ø Vậy nguồn khí nén cung cấp từ đâu? 02/12/15 2.1.1 Sản xuất khí nén v Máy nén khí: q Chức năng: Thu hút khơng khí, ẩm áp suất định tạo nguồn lưu chất có áp suất cao q Các loại máy nén khí thường gặp: Ø Máy nén kiểu cánh gạt Ø Máy nén kiểu piston Ø Máy nén kiểu bánh 2.1.2 Phân phối khí nén Ø Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển khí nén từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ, đảm bảo P, Q Ø Truyền tải khí nén thực hệ thống ống dẫn khí nén Ø Chọn thơng số ống dẫn; cách lắp đặt hệ thống ống dẫn 10 02/12/15 VAN ĐIỆN TỪ 5/2, TRẠNG THÁI Ứng dụng: Van điện từ 5/2, trạng thái đïc dùng để điều khiển xy lanh tác dụng kép Khi tác động vào nút nhấn, cuộn dây có điện, van đảo vò trí làm việc, lúc cửa số thông với cửa số 4, dẫn khí vào buồng xy lanh đẩy xy lanh duỗi VAN ĐIỆN TỪ 5/2, TRẠNG THÁI Hai chấu kết nối với nguồn điện Hộp nam châm điện có chứa cuộn dây solenoid Ống sắt từ Nòng van 133 02/12/15 VAN ĐIỆN TỪ 5/2, TRẠNG THÁI Khi cuộn dây solenoid có điện, trạng thái van sau: Cuộn dây solenoid 14 có điện, lực từ sinh tác dụng vào ống sắt từ (3) bên trái, kéo ống sắt từ qua bên trái, lúc dòng khí theo khe hở nhỏ qua đẩy nòng van (4) trượt qua bên phải Vò trí nòng van lúc làm cho cửa số thông khí với cửa số 4, dẫn khí lên, cửa số thông với cửa số 3, cửa số bò chặn VAN ĐIỆN TỪ 5/2, TRẠNG THÁI Ứng dụng: Khi tác động vào nút nhấn, cuộn dây có điện, van đảo vò trí làm việc, lúc cửa số thông với cửa số 4, dẫn khí vào buồng xy lanh đẩy xy lanh duỗi 134 02/12/15 CƠNG TẮC HÀNH TRÌNH Ứng dụng: Khi tác động vào nút nhấn, tiếp điểm thường hở nút nhấn đóng lại, dẫn điện qua Cuộn dây solenoid van 3/2, trạng thái bò tác động nên van đảo vò trí làm việc Dòng khí từ cửa số lên cửa số vào buồng xy lanh, áp lực khí đẩy xy lanh duỗi Đến cuối hành trình, tác động vào công tắc hành trình lăn làm cho tiếp điểm thường hở đóng lại, tiếp điểm thường đóng hở Ta sẽ sử dụng tiếp điểm mạch điều khiển điện - khí nén thực thi công việc BÀI TẬP ÁP DỤNG — Dùng van điện từ 5/2, trạng thái để điều khiển xy lanh tác dụng kép với yêu cầu sau: Tác động vào nút nhấn, xy lanh duỗi ra, đến gặp công tắc hành trình a2 tự động co lại 135 02/12/15 BÀI TẬP ÁP DỤNG Khi cấp điện cho cuộn dây solenoid bên trái, xy lanh duỗi BÀI TẬP ÁP DỤNG Khi chạm công tắc hành trình a2, xy lanh tự động co 136 02/12/15 5.4 Các phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén PP thiết kế HTĐK khí nén điện theo kiện: tức bước hoạt động CCCH bắt đầu kiện xảy Cơ sở thiết kế mạch ĐK hành trình vị trí phần tử đưa tín hiệu vào (cơng tắc, cảm biến ) u cầu hành trình là: • Đúng hướng chuyển động cấu chấp hành • Đúng vị trí theo vị trí nhận tín hiệu (vị trí đặt phần tử đưa tín hiệu vào: cơng tắc hành trình, cảm biến ) Phương pháp thiết kế mạch điều khiển Phương pháp thiết kế mạch điều khiển theo tầng Phương pháp thiết kế mạch điều khiển theo nhịp PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ — Ở mạch điều khiển tuần tự, tín hiệu vào bước khơng giống Khi bước kết thúc thơng báo cho bước — Việc thiết kế thực theo chuỗi: E1→ A1→ E2 → A2 → … → En → An Trong đó: E1, E2, , En tín hiệu vào bước 1, 2, , n A1, A2, , An tín hiệu bước 1, 2, , n — Các tín hiệu E1 ÷ En: tín hiệu đầu bước chu trình xy lanh — Có thể dùng ký hiệu (+; -) để biểu diễn hướng chuyển động piston 137 02/12/15 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ — Ví dụ: Thiết kế mạch điều khiển hai xy lanh làm việc theo sơ đồ hành trình hình dưới: Giản đồ trạng thái xylanh Giải: Chuỗi viết gọn : E1 (S3) → A1(Y1) S3 → Y1 E2 (S2) → A2(Y3) S2 → Y3 E3 (S4) → A3(Y2) E4 (S1) → A4(Y4) S4 → Y2 S1 → Y4 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ S3 → Y1 S2 → Y3 S4 → Y2 S1 → Y4 Sơ đồ mạch điện điều khiển 138 02/12/15 Áp dụng: Các bước thực giải tốn khí nén Máy phay rãnh u cầu: Thiết kế mạch điều khiển khí nén hoạt động theo biểu đồ trạng thái sau: Đầu tiên ta đưa phơi vào Khi tác động vào nút nhấn Start pittơng A tiến hành kẹp chặt với áp suất p = bar Khi kẹp đủ áp suất, pittơng B dịch chuyển bàn máy để gia cơng rãnh Sau pittơng B đưa bàn máy lùi pittơng A lùi để tháo chi tiết 139 02/12/15 Các bước thực giải tốn khí nén — Từ u cầu hoạt động qui trình cơng nghệ, ta thiết lập biểu đồ trạng thái sau: Quan sát biểu đồ trạng thái nhận thấy: §Cơ cấu chấp hành bao gồm hai xy lanh A B (tác dụng kép) §Cơng tắc hành trình S1, S2, S3, S4 sử dụng để xác định vị trí xy lanh duỗi hay co lại Các cơng tắc hành trình van lăn Các bước thực giải tốn khí nén — Từ hai kết nhận định ta có sơ đồ hình vẽ đây: Lựa chọn thiết bị điều khiển cấu chấp hành 140 02/12/15 Các bước thực giải tốn khí nén — Bước cần phải xác định điều kiện để xy lanh A, B duỗi co lại — Tất chuỗi hoạt động có nhịp thực hiện, nhịp thứ trùng với nhịp thứ có nghĩa bước sang thực nhịp thứ bắt đầu lặp lại qui trình hoạt động, kết hợp điều kiện nhịp nhịp Cụ thể, nhịp có cơng tắc hành trình S1 bị chạm nhịp phải nhấn nút Start: kết hợp lại điều kiện để nhịp thứ thực — Nhịp 1: Xy lanh A duỗi với điều kiện A+ = Start ^ S1 — Xy lanh A duỗi chạm vào cơng tắc hành trình S2: điều kiện để nhịp thứ hai thực — Nhịp 2: Xy lanh B duỗi với điều kiện B+ = S2 Các bước thực giải tốn khí nén — Xy lanh B duỗi chạm vào cơng tắc S4 cuối hành trình: điều kiện để nhịp thứ thực — Nhịp 3: Xy lanh B co lại B- = S4 — Xy lanh B co lại tác động vào cơng tắc hành trình S3: điều kiện để nhịp thứ thực — Nhịp 4: Xy lanh A co lại A - = S3 141 02/12/15 Các bước thực giải tốn khí nén Các bước thực giải tốn khí nén — Ta tiến hành nối dây cho hệ thống điều khiển trên: — Ban đầu hai xy lanh A B co lại nên cửa B van điều khiển 5/2 nối với đường cấp khí cho xy lanh về, cửa A nối với đường cấp khí tác động cho xy lanh Cửa P nối với nguồn cấp khí — Do hai xy lanh vị trí co lại thời điểm ban đầu nên hai cơng tắc hành trình (van lăn) S1 S3 bị chạm làm cho van áp lực 3/2 đổi vị trí, lúc cửa số thơng với cửa số hình vẽ minh họa 142 02/12/15 Các bước thực giải tốn khí nén Mạch điều khiển khí nén BÀI TẬP ÁP DỤNG 143 02/12/15 BT1: Cơ cấu vận chuyển sản phẩm (điều khiển điện) Các kiện hàng vận chuyển băng tải X nâng lên xylanh 1A Xylanh 2A đẩy kiện hàng vào băng tải Y để chuyển đến nơi khác Sau thực xong, xylanh trở vị trí ban đầu BT2: Cơ cấu gắp sản phẩm (điều khiển điện) Một cấu chuyển băng chuyền hoạt động sau: Xylanh A mang xylanh B ra, cuối hành trình (băng chuyền 1) xylanh B xuống lấy chi tiết quay Cuối xylanh A vị trí ban đầu cấu gắp nhả chi tiết xuống băng chuyền kết thúc chu trình 144 02/12/15 BT3: Hệ thống dập chi tiết (điều khiển điện) Một máy dập dập chi tiết có trình tự dập thực sau: Pittơng A đẩy chi tiết từ phễu cấp phơi vào vị trí gá đặt chi tiết thực kẹp chặt Pittơng B xuống tiến hành dập chi tiết, dập xong Pittơng B quay Sau Pittơng A quay để tháo chi tiết, tiếp Pittơng C tiến hành đẩy chi tiết vào thùng chứa quay BT4: Máy khoan chi tiết (điều khiển điện) Một máy khoan tự động dùng xylanh hoạt động sau: Xylanh A đẩy phơi vào vị trí gia cơng, hết hành trình tự động lui Tiếp xylanh B kẹp chặt phơi, sau xylanh C mang lưỡi khoan xuống gia cơng Đạt chiều sâu, C tự lui Sau B lui tháo kẹp chi tiết Cuối D đẩy chi tiết trở lại băng chuyền lui kế thúc chu trình 145 02/12/15 BT5: Vẽ mạch điện khí nén Cho hệ thống gồm xylanh có giản đồ trạng thái hình sau Hãy thiết kế mạch điện khí nén cho hệ thống BT6: Vẽ mạch điện khí nén Cho hệ thống gồm xylanh có giản đồ trạng thái hình sau Hãy thiết kế mạch điện khí nén cho hệ thống 146 02/12/15 BT7: Vẽ mạch điện khí nén Cho hệ thống gồm xylanh có giản đồ trạng thái hình sau Hãy thiết kế mạch điện khí nén cho hệ thống 147 [...]... phối khí nén Hệ thống phân phối khí nén 2.1.2 Phân phối khí nén Sơ đồ ngun lý truyền động 11 02/12/15 2.1.3 Bình nhận và trích khí nén Ø Nhiệm vụ cân bằng và ổn định áp suất khí nén của máy nén khí chuyển đến Ø Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào cơng suất của máy nén khí, cơng suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng Ø Bình trích chứa có thể đặt nằm ngang hoặc thẳng đứng Ø Đường ống ra của khí nén... hoạt động — Máy nén khí theo ngun lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu piston, kiểu cánh gạt, kiểu trục vít — Máy nén khí dạng tuabin: máy nén khí ly tâm MÁY NÉN KHÍ PISTON 34 02/12/15 MÁY NÉN KHÍ PISTON Hoạt động trên nguyên lý thay đổi thể tích — Việc nén khí thực hiện bằng cách hút khí vào và nén thể tích khí nằm giữa piston và vỏ xy lanh — Khi piston di chuyển sẽ tạo nên quá trình hút và nén khí. .. nén khí kiểu piston, trục vít, cánh gạt — Ngun lý động năng: khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn Ngun tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và cơng suất rất lớn Ví dụ: máy nén khí kiểu ly tâm 33 02/12/15 2.3.1 Máy nén khí v Phân loại theo áp suất — Máy nén khí áp suất thấp p ≤ 15 bar — Máy nén khí áp suất cao 15 bar ≤ p ≤ 300 bar — Máy nén khí. .. = 0,5 ÷ 1,5 m/s 2.3 Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén 2.3.1 Máy nén khí Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng * Ngun lý hoạt động — Ngun lý thay đổi thể tích: khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại Như vậy theo định luật Boyle – Mariotte,... nhận và trích khí nén Hình ảnh minh họa bình trích chứa 12 02/12/15 2.1.4 Xử lý khí nén Ø Khí nén tạo ra có nhiều chất bẩn (bụi, độ ẩm khơng khí hút vào,…), Khí nén khơng được xử lý thích hợp sẽ gây hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc của các phần tử khí nén Ø Sử dụng bộ lọc để xử lý khí nén Bộ lọc khí nén Bộ lọc khí có 3 phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất và van tra dầu Van lọc khí 13 02/12/15... tạo nên quá trình hút và nén khí — Các van chặn ở cửa vào và cửa ra sẽ đóng hay mở tự động khi piston di chuyển trong buồng xy lanh Nguyên lý hoạt động của piston MÁY NÉN KHÍ PISTON Nguyên lý hoạt động của MNK piston 1 cấp 35 02/12/15 MÁY NÉN KHÍ PISTON Nguyên lý hoạt động của MNK piston 2 cấp MÁY NÉN KHÍ PISTON Máy nén khí piston kiểu chữ V 36 ... phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất và van tra dầu Van lọc khí 13 02/12/15 Bộ lọc khí nén Van điều chỉnh áp suất Bộ lọc khí nén Van tra dầu 14 02/12/15 2.2 Thủy lực 2.2.1 Cung cấp năng lượng dầu ép Ø Nguồn năng lượng được dùng để hệ hoạt động là dầu ép Ø Thiết bị để cung cấp năng lượng cho hệ thống là bơm dầu (bơm thủy lực); đại lượng đặc trưng là P, Q Ø Bơm dầu biến cơ năng thành thế năng 2.2.1... Áp suất làm việc (bar) / 600 (2) Cơng suất (kW) = Lưu lượng (lít/phút) x Áp suất làm việc (bar) / (600 x hiệu suất) Trong đó, hiệu suất bao gồm hiệu suất thủy lực của bơm thủy lực và hệ truyền động cơ khí (thường 80%-85%) BÀI TẬP ÁP DỤNG 2 Một bơm thủy lực có lưu lượng 10l/ph, áp suất làm việc 100bar, vận tốc dòng chảy ở đường nén là 6m/s Hãy tính tiết diện cần thiết của đường ống nén 32 02/12/15 BÀI... việc, phân loại bơm thành: Ø Bơm có lưu lượng cố định (bơm cố định) Ø Bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh (bơm điều chỉnh) q Thơng số cơ bản: lưu lượng, áp suất q Các loại bơm thủy lực thường gặp: Ø Bơm bánh răng Ø Bơm cánh gạt Ø Bơm pittơng Ký hiệu 15 02/12/15 2.2.1 Cung cấp năng lượng dầu ép Bơm bánh răng Bơm bánh răng v Ngun tắc làm việc: Bánh răng chủ động quay và khe hở giữa các răng tạo ra buồng... làm kín tốt Ø Nhược điểm: ü Giá thành cao 27 02/12/15 2.2.2 Bể dầu 2.2.2.1 Nhiệm vụ Ø Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín Ø Giải tỏa nhiệt sinh ra trong q trình bơm dầu làm việc Ø Lắng đọng các chất cặn bã trong q trình làm việc Ø Tách nước trong bể dầu 2.2.2.2 Kết cấu bể dầu Ø 1: Động cơ điện Ø 5: Cửa áp Ø 6: Van áp an tồn Ø 7: Đồng hồ áp suất Ø 8: Đường dầu hồi Ø 9: Mắt dầu Ø 10: ... THUYẾT HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 1.1 Sơ lược hệ thống điều khiển khí nén thủy lực 1.2 Ưu nhược điểm hệ thống 1.3 Phạm vi ứng dụng hệ thống 1.4 Đơn vị đo đại lượng 02/12/15 1.1 Sơ lược hệ thống. .. LƯỢNG 2.1 Khí nén 2.2 Thủy lực 2.3 Máy nén khí thiết bị xử lý khí nén 2.1 Khí nén 2.1.1 Sản xuất khí nén Ø Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn khí nén cung cấp Ø Nguồn khí nén phải... khiển khí nénthủy lực 1.1.1 Hệ thống điều khiển 1.1.2 Điều khiển vòng hở 02/12/15 1.1.3 Điều khiển vòng kín 1.2 Ưu nhược điểm hệ thống 1.2.1 Hệ thống khí nén Ưu điểm: Ø An tồn q tải có hệ thống