Giáo trình điều khiển điện- khí nén

Khi đọc qua tài liệu này, phát sai sót nội dung chất lượng xin thông báo để sửa chữa thay tài liệu chủ đề tác giả khác Bạn tham khảo nguồn tài liệu dịch từ tiếng Anh đây: http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html Thông tin liên hệ: Yahoo mail: thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: frbwrthes@gmail.com Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử MỤC LỤC Error! Bookmark not defined PHẦN I: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN- KHÍ NÉN BÀI 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỆN- KHÍ NÉN Lịch sử phát triển đặc trƣng hệ thống điều khiển khí nén 1.1 Vài nét phát triển 1.2 Những đặc trƣng khí nén 1.3 Ƣu, nhƣợc điểm hệ thống truyền động khí nén 1.3.1 Ƣu điểm: 1.3.2 Nhƣợc điểm: 2.Đơn vị đo hệ thống điều khiển 2.1 Áp suất 2.2 Lực 2.3 Công 2.4 Công suất 2.5 Độ nhớt động Một số định luật sử dụng hệ thống khí nén 3.1 Thành phần hóa học khí nén 3.2 Phƣơng trình trạng thái nhiệt động học Khả ứng dụng khí nén 11 4.1 Trong lĩnh vực điều khiển 11 4.2 Hệ thống truyền động 11 BÀI 2: MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN 13 Máy nén khí hệ thống khí nén 14 1.1 Khái quát chung .14 1.2 Máy nén khí 15 Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử 1.2.1 Nguyên lý hoạt động phân loại máy nén khí 15 1.2.2 Máy nén khí kiểu pittông 16 1.2.3 Máy nén khí kiểu cánh gạt 19 1.2.4 Máy nén khí kiểu trục vít 21 1.2.5 Máy nén khí kiểu Root 24 1.2.6 Máy nén khí kiểu ly tâm 24 1.3 Hệ thống khí nén 26 Thiết bị xử lý khí nén 27 2.1 Yêu cầu khí nén 27 2.2 Các phƣơng pháp xử lý khí nén 28 2.3 Bộ lọc 31 BÀI 3: HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHÂN PHỐI KHÍ NÉN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 34 Hệ thống thiết bị phân phối khí nén 34 1.1 Yêu cầu .34 1.2 Bình trích chứa khí nén 35 1.3 Mạng đƣờng ống dẫn khí nén .35 Cơ cấu chấp hành 37 2.1 Khái niệm 37 2.2 Xy lanh 37 2.2.1 Xy lanh tác động đơn ( xylanh tác động môt chiều) 37 2.2.2 Xy lanh tác động chiều (xy lanh tác động kép) 38 2.3 Động khí nén .39 2.3.1 Khái niệm chung 39 2.3.2 Động bánh 39 Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử 2.3.3 Động trục vít 40 2.3.4 Động cánh gạt 40 2.3.5 Động Tuốcbin 41 BÀI 4: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 42 Khái niệm 42 Các phần tử khí nén 43 2.1 Van đảo chiều 43 2.1.1 Nguyên lí hoạt động 43 2.1.2 Ký hiệu van đảo chiều 43 2.1.3 Tín hiệu tác động 45 2.1.4 Van đảo chiều có vị trí “ không” 47 2.1.5 Van đảo chiều vị trí “ không” 52 2.2 Van chặn 55 2.2 Van chặn 55 2.2.1 Van chiều 55 2.2.2 Van logic OR 55 2.2.3 Van lôgic AND 56 2.2.4 Van xả khí nhanh 56 2.3 Van tiết lƣu .57 2.3.1 Van tiết lƣu có tiết diện không thay đổi đƣợc 57 2.3.2 Van tiết lƣu có tiết diện điều chỉnh đƣợc 57 2.3.3 Van tiết lƣu chiều điều chỉnh tay 57 2.4 Van áp suất 58 2.4.1 Van an toàn 59 2.4.2 Van tràn 59 Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử 2.4.3 Van điều chỉnh áp suất 59 2.4.4.Rơ le áp suất 61 2.5.Van điều chỉnh thời gian 62 2.5.1 Van điều chỉnh thời gian đóng chậm 62 2.5.2 Rơ le thời gian ngắt chậm 62 2.6 Cảm biến tia 63 2.6.1 Cảm biến tia rẽ nhánh 63 2.6.2 Cảm biến tia phản hồi 64 2.6.3 Cảm biến tia qua khe hở 65 Các phần tử điện, điện- khí nén 65 3.1 Các phần tử điện 65 3.1.1 Công tắc 65 3.1.2 Nút ấn 66 3.1.3 Rơle 67 3.1.4.Cảm biến 70 3.2 Van đảo chiều điều khiển nam châm điện 74 BÀI 5: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN BẰNG KHÍ NÉN 76 Khái niệm 76 Phần tử mạch lôgic 77 2.1 Phần tử lôgic NOT (Phủ định) 77 2.2 Phần tử lôgic AND ( ) .77 2.3 Phần tử NAND (và- không) 77 2.4 Phần tử OR (hoặc) 78 2.5 Phần tử NOR (hoặc - không) 78 Biểu diễn phần tử lôgic khí nén 79 Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử 3.1 Phần tử NOT (phủ định) 79 3.2 Phần tử AND (và) 79 3.3 Phần tử NAND 80 3.4 Phần tử OR 80 3.5 Phần tử NOR 81 BÀI 6: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 82 Biểu diễn chức trình điều khiển 82 1.1 Biểu đồ trạng thái 82 1.2 Sơ đồ chức .85 1.3 Lƣu đồ tiến trình 89 Các phƣơng pháp điều khiển 91 2.1 Điều khiển tay 91 2.2 Điều khiển tùy động theo thời gian 94 2.3 Điều khiển tùy động theo hành trình 97 2.4 Điều khiển theo tầng .104 2.5 Điều khiển theo nhịp .110 Thiết kế điều khiển điện- khí nén 116 3.1 Nguyên tắc thiết kế: 116 3.2 Các phƣơng pháp điều khiển .117 3.2.1 Mạch điều khiển theo nhịp 117 3.2.1 Điều khiển theo tầng: 119 PHẦN II: CÁC BÀI TẬP ỨNG DỤNG 126 PHẦN III: CÀI ĐẶT PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN 150 Giới thiệu chung: 150 Cài đặt phần mềm festo fluidsim 3.6 150 Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử PHẦN I: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN- KHÍ NÉN BÀI 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỆN- KHÍ NÉN Lịch sử phát triển đặc trƣng hệ thống điều khiển khí nén 1.1 Vài nét phát triển Ứng dụng khí nén có từ thời kỳ trƣớc công nguyên, nhiên phát triển khoa học kỹ thuật thời không đồng bộ, kết hợp kiến thức học, vật lý, vật liệu … thiếu Cho nên phạm vi ứng dụng khí nén hạn chế Mãi đến kỷ 17, nhà kỹ sƣ chế tạo ngƣời Đức Guerike, nhà toán học nhà triết học ngƣời Pháp Pascal, nhà vật lý ngƣời Pháp Papin xây dựng nên tảng ứng dụng khí nén Trong kỷ 19, máy móc thiết bị sử dụng lƣợng khí nén lần lƣợt đƣợc phát minh: thƣ vận chuyển ống khí nén (1835), Phanh khí nén(1880), búa tán đinh khí nén (1861) Trong lĩnh vực xây dựng đƣờng hầm xuyên dãy núi Alpes Thụy sĩ (1857) lần ngƣời ta sử dụng khí nén với công suất lớn Vào năm 70 kỷ thứ 19 xuất Pari trung tâm sử dụng lƣợng khí nén với công suất lớn 7350KW Khí nén đƣợc vận chuyển tới nơi tiêu thụ đƣờng ống với đƣờng kính 500mm chiều dài km Tại nơi khí nén đƣợc nung nóng lên tới nhiệt độ từ 500C đến 1500C để tăng công suất truyền động động cơ, thiết bị búa hơi… Với phát triển mạnh mẽ lƣợng điện, vai trò sử dụng lƣợng khí nén bị giảm dần Tuy nhiên việc sử dụng lƣợng khí nén đóng vai trò cốt yếu lĩnh vực mà sử dụng lƣơng điện nguy hiểm, sử dụng lƣợng khí nén dụng cụ nhỏ, nhƣng truyền động với vận tốc lớn, sử dụng lƣợng khí nén thiết bị nhƣ búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh… Và nhiều dụng cụ khác nhƣ đò gá kẹp chi tiết Sau chiến tranh giới thứ 2, việc ứng dụng lƣợng khí nén kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ Với dụng cụ , thiết bị, phần tử khí nén đƣợc sáng chế đƣợc ứng dụng lĩnh vực khác nhau, kết hợp nguồn lƣợng khí nén với điện – điện tử nhân tố định cho phát triển kỹ thuật điều khiển tƣơng lai Hãng FESTO (Đức) có chƣơng trình pahts triển hệ thống điều khiển khí nén đa dạng, phục vụ cho công nghiệp mà phục vụ cho phát triển phƣơng tiện dạy học (Didactic) 1.2 Những đặc trưng khí nén Về số lƣợng:có sẵn khắp nơi nên sử dụng với số lƣợng vô hạn Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Về vận chuyển:khí nén vận chuyển dễ dàng đƣờng ống, với khoảng cách định Các đƣờng ống dẫn không cần thiết khí nén sau sử dụng đƣợc cho thoát môi trƣờng sau thực xong công tác Về lƣu trữ:máy nén khí không thiết phải sử dụng liên tục.Khí nén đƣợc lƣu trữ bình chứa để cung cấp cần thiết Về nhiệt độ :khí nén thay đổi theo nhiệt độ Về phòng chống cháy nổ:không nguy gây cháy khí nén,nên không chi phí cho việc phòng cháy.Không khí nén thƣờng hoạt động với áp suất khoảng bar nên việc phòng nổ không phức tạp Về tính vệ sinh:khí nén đƣợc sử dụng thiết bị đƣợc lọc bụi bẩn, tạp chất hay nƣớc nên thƣờng , không nguy phần vệ sinh.Tính chất quan trọng ngành công nghiệp đặc biệt nhƣ: thực phẩm ,vải sợi, lâm sản thuộc da Về cấu tạo thiết bị :đơn giản nên rẻ thiết bị tự động khác Về vận tốc: khí nén dòng chảy có lƣu tốc lớn cho phép đạt đƣợc tốc độ cao (vận tốc làm việc xy-lanh thƣờng 1-2 m/s) Về tính điều chỉnh: vận tốc áp lực thiết bị công tác khí nén đƣợc điều chỉnh cách vô cấp 1.3 Ưu, nhược điểm hệ thống truyền động khí nén 1.3.1 Ưu điểm: - Do khả chịu nén( đàn hồi ) lớn không khí, nên trích chứa khí nén cách thuận lợi - Có khả truyền tải lƣợng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đƣờng dẫn - Đƣờng dẫn khí nén (thải ra) không cần thiết - Chi phí để thiết lập hệ thống truyền động khí nén thấp, hầu nhƣ nhà máy, xí nghiệp hệ thống đƣờng dẫn khí nén có sẵn - Hệ thống bảo vệ áp suất đƣợc đảm bảo 1.3.2 Nhược điểm: - Lực truyền tải trọng thấp - Khi tải trọng hệ thống thay đổi vận tốc truyền thay đổi khả đàn hồi khí nén lớn, thực chuyển thẳng quay - Dòng khí nén thoát đƣờng dẫn gây tiếng ồn Đơn vị đo hệ thống điều khiển 2.1 Áp suất Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Đơn vị áp suất theo hệ đo lƣờng SI Pascal (Pa) Pascal áp suất phân bố bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông góc lên bề mặt 1Newton (N) 1Pa = 1N/m2 1Pa = kgm/s2/m2 = kg/m2 Trong thực tế ngƣời ta dùng đơn vị bội số Pascal Megapascal (MPa) 1Mpa = 1000000 Pa Ngoài sử dụng đơn vị bar: bar = 105 Pa Và đơn vị Kp/cm2 (theo tiêu chuẩn cộng hòa liên bang Đức) Kp/ cm2 = 0.980665 bar = 0.981 bar bar = 1.02 kp/ cm2 Trong thực tế coi: 1bar = 1kp/cm2 = 1at Ngoài số nƣớc Anh, Mỹ sử dụng đơn vị đo áp suất (psi) : 1bar = 15.4 psi 2.2 Lực Đơn vị lực Newton (N) N lực tác động lên đối tƣợng có khối lƣợng 1kg với gia tốc 1m/s2 2.3 Công Đơn vị công Joule (J) 1J công sinh dƣới tác dộng lực 1N để vật dịch chuyển quãng đƣờng 1m 1J = 1N.m 2.4 Công suất Đơn vị công suất Watt (W) 1W công suất thời gian 1giây sinh lƣợng 1J 1W = 1Nm/s 2.5 Độ nhớt động Độ nhớt động vai trò quan trọng hệ thống điều khiển khí nén Đơn vị độ nhớt động m2/s 1m2/s độ nhớt động chất có độ nhớt động lực 1Pa.s khối lƣợng riêng 1kg/m2 v= / Trong đó: : Độ nhớt động lực (Pa.s) : khối lƣợng riêng (kg/m3) v : độ nhớt động (m2/s) Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Một số định luật sử dụng hệ thống khí nén 3.1 Thành phần hóa học khí nén Nguyên tắc hoạt động thiết bị không khí khí quyển, đƣợc hút vào nén máy nén khí Sau từ máy nén khí đƣợc đƣa vào hệ thống khí nén.Không khí loại khí hỗn hợp, bao gồm thành phần (bảng 1.1): N2 N2 Ar CO2 H2 Ne He Kr X Thể tích % 78.08 20.95 0.93 0.03 0.01 1.8 0.5 0.1 Khối lƣợng % 75.51 23.01 1.286 0.04 0.001 1.2 0.07 0.3 40 Bảng 1.1 Ngoài thành phần trên, không khí có nƣớc, bụi … Chính thành phần gây cho thiết bị khí nén ăn mòn, gỉ Phải có biện pháp hay thiết bị để loại trừ giới hạn thấp thành phần hệ thống.( Trình bày chi tiết tiếp theo) 3.2 Phương trình trạng thái nhiệt động học Giáo trình điều khiển điện- khí nén Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Bài tập 9: THIẾT BỊ GÁ KẸP MÀI Chi tiết gia công trƣợt dẫn hƣớng đƣợc bào qua Nó đƣợc đƣa lên máy mài tay dùng khí nén để kẹp chặt lại Sau mài vai bên trái bên phải Khi xylanh A chuyển động đến vị trí xylanh giữ đƣợc áp suất kẹp dẫn tiến dọc B chuyển động Nhƣ lúc mài xong đƣợc vai bên phải Tiếp đến xylanh tiến ngang C Sau đến dẫn tiến dọc Lúc vai phía bên trái đƣợc mài xong Khi xylanh C quay vị trí ban đầu xylanh A nhả chi tiết mài Kết thúc hành trình mài Nút khởi động Xylanh A Xylanh B XylanhC Bài giải: Chia tầng điều khiển: Nút khởi động Xylanh A Xylanh B XylanhC Tầng I Tầng II Tầng III Sơ đồ mạch khí nén: Giáo trình điều khiển điện- khí nén 141 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Mạch điều khiển điện: Giáo trình điều khiển điện- khí nén 142 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Giáo trình điều khiển điện- khí nén 143 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Bài tập 10: Với yêu cầu nhƣ tập thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo phƣơng pháp điều khiển nhịp Biểu đồ trạng thái xylanh Xy lanh A Xy lanh B Bài giải: Sơ đồ mạch điều khiển khí nén Sơ đồ mạch điện điều khiển Giáo trình điều khiển điện- khí nén 144 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Giáo trình điều khiển điện- khí nén 145 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Bài tập 11: Với yêu cầu nhƣ tập Hãy thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo phƣơng pháp điều khiển nhịp Biểu đồ trạng thái xylanh Xy lanh A Xy lanh B Xy lanh C Bài giải: Sơ đồ mạch điều khiển khí nén Sơ đồ mạch điện điều khiển Giáo trình điều khiển điện- khí nén 146 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Giáo trình điều khiển điện- khí nén 147 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Bài tập 12: Với yêu cầu nhƣ tập Hãy thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo phƣơng pháp điều khiển nhịp Biểu đồ trạng thái xylanh Xy lanh A Xy lanh B Xy lanh C Bài giải: Sơ đồ mạch điều khiển khí nén Sơ đồ mạch điện điều khiển Giáo trình điều khiển điện- khí nén 148 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử Giáo trình điều khiển điện- khí nén 149 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử PHẦN III: CÀI ĐẶT PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN Giới thiệu chung: FluidSIM phần mềm hoàn hảo cho sáng chế, mô phỏng, giảng dạy nghiên cứu mạch điện-khí nén, thủy lực mạch số Tất chức chƣơng trình tƣơng tác với cách trơn tru, kết hợp hình thức đa phƣơng tiện nguồn thông tin khác biểu mẫu truy nhập đƣợc cách dễ dàng FluidSIM kết hợp trình biên tập sơ đồ mạch trực quan với mô tả chi tiết tất thành phần, ảnh cấu thành, hoạt ảnh hình chiếu cắt chuỗi video Các điểm bật: - Các thƣ viện thành phần mở rộng tùy chỉnh đƣợc - Ký hiệu phận cấu thành theo DIN ISO 1219 - Có nhiều chức CAD chức đƣợc cải thiện đáng kể (căn chỉnh, nhóm vẽ layer…) - Mô-đun xây dựng van - Chức in ấn với nhiều khả tùy chỉnh khác - Các phiên danh sách phần tự động hóa tùy chỉnh đƣợc - Bộ mô tả kết nối - Bộ ghi thể trực quan giá trị ấn định - Hỗ trợ đơn vị đo không thuộc hệ đo lƣờng quốc tế (lbf, psi, gal) - Giao diện thích hợp - Tài liệu giảng dạy đƣợc sửa đổi cập nhật - Đƣợc tối ƣu hoá cho Windows 98/ME/2000/XP Với phiên festo fluidsim 3.6 (chỉ sử dụng thiết kế mạch điều khiển khí nén, điện – khí nén): - Sự mô thành phần số - Đánh số đƣờng dẫn hành chuyển đổi bảng phần tử cách tự động - Thƣ viện sơ đồ mạch đƣợc mở rộng đƣợc sửa đổi - Hiển thị giá trị thành phần với đếm xử lý độ trễ - Các giá trị điều chỉnh đƣợc có xylanh khí nén - Van tiết lƣu chạy khí nén Cài đặt phần mềm festo fluidsim 3.6 - Từ cài fluidsim 3.6 , Double click vào file chạy: Giáo trình điều khiển điện- khí nén 150 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử - Khi click vào file chạy lên lựa chọn Ta chọn “yes” - Khi chọn “ yes” cửa sổ Click chuột vào lựa chọn “ next”: Giáo trình điều khiển điện- khí nén 151 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử - Sau lựa chọn thƣ mục nơi đến Thƣờng phần mềm mặc định nơi đến ổ C – Program file Click chuột vào lựa chọn “ next” - Click chuột vào lựa chọn “next” lựa chọn ngăn thực đơn để khởi động Giáo trình điều khiển điện- khí nén 152 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử - Trên hình ta chọn “ next” để bổ xung biểu hình destop - Click chuột lựa chọn “ install” - Cài đặt sẵn sàng để bắt đầu thiết đặt Festo fluidsim máy tính bạn Giáo trình điều khiển điện- khí nén 153 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử - Chƣơng trình bắt đầu đƣợc cài đặt - Chọn “ Finish” để kết thúc trình cài đặt Giáo trình điều khiển điện- khí nén 154 Trƣờng Cao đẳng nghề Phú thọ Khoa điện- điện tử - Trên hình máy tính giao diện Fluidsim Giáo trình điều khiển điện- khí nén 155