BÀI 3 P1

BÀI 3: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN Khái niệm Một hệ thống điều khiển bao gồm mạch điều khiển mạch điều khiển theo tiêu chuẩn DIN 19266( tiếu chuẩn Cộng hịa Liên Bang Đức) mơ tả hình vẽ Hình 4.1: Cấu trúc mạch điều khiển phần tử - Phần tử đưa tín hiệu: nhận giá trị đại lượng vật lý đại lượng vào, phần tử mạch điều khiển ví dụ: van đảo chiều, van áp suất… - Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái phần tử điều khiển ví dụ như: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic AND, van OR - Phần tử điều khiển: điều khiển dòng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái cấu chấp hành, ví dụ: van đảo chiều… - Cơ cấu chấp hành: thay đổi trang thái đối tượng điều khiển, đại lượng mạch điều khiển, ví dụ: xylanh, động cơ… Các phần tử khí nén Van an tồn a Ngun lý làm việc, kí hiệu Van an tồn có nhiệm vụ giữ cho áp suất lớn mà hệ thống tải Khi áp suất lớn áp suất cho phép hệ thống dịng áp suất khí nén thắng lực lị xo khí nén theo cửa R ngồi khơng khí 2.2 Van tràn P R a Nguyên lý làm việc Nguyên tắc hoạt động van tràn tương tự van an toàn, khác chỗ áp suất cửa P đạt giá trị xác định cửa P nối với cửa A nối với hệ thống điều khiển b Ký hiệu P A 2.3 Van điều chỉnh áp suất a Nguyên lý làm việc Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất khơng đổi có thay đổi bất thường tải trọng làm việc phía đầu dao động áp suất đầu vào Nguyên lý làm việc: điều chỉnh trục vít, tức điều chỉnh vị trí đĩa van Trong trường hợp áp suất đầu tăng so với áp suất điều chỉnh, khí nén qua lỗ thơng tác dụng lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua cửa xả khí ngồi Đến áp suất đầu giảm xuống áp suất điều chỉnh kim van trở vị trí ban đầu.(hình 4.21) b Ký hiệu van điều chỉnh áp suất P A P R A Van điều chỉnh áp suất khơng có cửa xả khí Van điều chỉnh áp suất có cửa xả khí Hình 4.21: Van điều chỉnh áp suất 2.4.4.Rơ le áp suất Rơle áp suất có nhiệm vụ đóng mở cơng tắc điện, áp suất hệ thống vượt mức yêu cầu Trong hệ thống điều khiển điện- khí nén, rơ le áp suát coi phần tử chuyển đổi tín hiệu điện- khí nén Cơng tắc điện đóng, mở tương ứng với áp suất khác điều chỉnh vít điều chỉnh Hình 4.22: Rơle áp suất ký hiệu Phần tử điều chỉnh lưu lượng khí nén 3.1 Van tiết lưu Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dịng chảy, tức điều chỉnh tốc độ thời gian chạy cấu chấp hành 3.2 Van tiết lưu có tiết diện khơng thay đổi Lưu lượng dịng chảy qua khe hở van có tiết diện khơng thay đổi Ký hiệu A 3.1.1 Van tiết lưu có tiết diện điều chỉnh a Nguyên lý hoạt động Có thể điều chỉnh lưu lượng dịng khí nén qua van Dịng khí nén từ A qua B ngược lại Tiết diện A thay đổi vít điều chỉnh Hình 4.18:Van tiết lưu có tiết diện thay đổi (hãng Herion) B b Ký hiệu Ký hiệu 3.3 Van tiết lưu chiều điều chỉnh tay a Nguyên lý hoạt động Tiết diện chảy A thay đổi cách điều chỉnh vít điều chỉnh tay Khi dịng khí nén từ A qua B, lị xo đẩy màng chắn xuống dịng khí nén qua tiết diện A Khi dịng khí nén từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lị xo, đẩy màng chắn lên dịng khí nén qua khoẳng hở màng chắn mặt tựa màng chắn, lưu lượng khơng điều chỉnh Hình 4.19:Van tiết lưu chiều ( hãng Bosch) A b Ký hiệu van tiết lưu chiều B Phần tử điều khiển dùng khí nén 2.2.1 Van chiều a Nguyên lý làm việc Van chiều có tác dụng cho lưu lượng khí nén qua theo chiều, chiều ngược lại bị chặn Dịng khí nén từ A qua B, chiều từ B qua A dịng khí bị chặn B A b Ký hiệu van chiều Hình 4.14: Van chiều 2.2.2 Van logic OR a Nguyên lý làm việc Van lôgic OR có chức nhận tín hiệu điều khiển vị trí khác hệ thống điều khiển.Khi có dịng khí nén qua cửa P đẩy pittong van sang bên phải chắn cửa P2, cửa P1 nối với cửa A Hoặc khí có dịng khí nén cửa P2, đảy pittong trụ van sang vị trí bên trái chắn cửa P cửa P2 nối với cửa A A P2 P1 b Ký hiệu van OR 2.2.3 Van lơgic AND Van lơgic AND có chức nhận tín hiệu điều khiển lúc vị trí khác hệ thống điều khiển Khi có dịng khí nén qua cửa P đẩy pittong trụ van sang vị trí bên phải, P1 bị chặn, Hoặc khí có dịng khí nén cửa P 2, đẩy pittong trụ van sang vị trí bên trái, cửa P2 bị chặn Nếu dịng khí nén đồng thời qua cửa P cửa P2 cửa A nhận tín hiệu A P2 P1 Hình 4.16: Van lơgic AND b Ký hiệu van lôgic AND 2.4 Van xả khí nhanh a Ngun lý hoạt động Khi dịng khí nén qua cửa P đẩy pittong trụ sang bên phải, chặn cửa R cửa P nối với cửa A Trường hợp ngược lại, dịng khí nén từ cửa A, đẩy pittong trụ sang trái, chắn cửa P cửa A nối với cửa R Van xả khí nhanh thường lắp vị trí gần cấu chấp hành A P Hình 4.17: Van xả khí nhanh b Ký hiệu van xả khí nhanh R 4.2 Van đảo chiều Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng lượng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng dịng lượng 2.1.1 Ngun lí hoạt động Nguyên lý hoạt động van đảo chiều (hình 4.2): chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12) cửa (1) bị chặn cửa (2) nối với cửa (3) Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12), ví dụ tác động dịng khí nén, nịng van dịch chuyển phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) cửa (3) bị chặn Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) đi, tác động lực lò xo, nòng van trở vị trí ban đầu Hình 4.2: Ngun lý hoạt động van đảo chiều 2.1.2 Ký hiệu van đảo chiều Chuyển đổi vị trí nịng van biểu diễn ô vuông liền với chữ o,a,b,c… hay chữ số 0, 1, 2, 3… a o b a b Vị trí “ khơng” ký hiệu vị trí mà van chưa có tác động tín hiệu ngồi vào Đối với van có vị trí, vị trí vị trí “ khơng” Đối với van có vị trí vị trí “ khơng” “a” “ b “, thơng thường vị trí “b” vị trí “ khơng” Bên vng vị trí đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động dòng qua van Trường hợp dòng van bị chặn biểu diễn bằn dấu gạch ngang Hình 4.3: Ký hiệu cửa van nối van đảo chiều - Ký hiệu tên gọi van đảo chiều (như hình vẽ) a o b a b Van đảo chiều 3/2 Van đảo chiều 4/3 Số vị trí Số cửa Hình 4.4: Ký hiệu tên gọi van đảo chiều Một số van đảo chiều thường gặp Hình 4.5: Các loại van đảo chiều 2.1.3 Tín hiệu tác động Nếu ký hiệu lị xo nằm bên phải ký hiệu van đảo chiều, van đảo chiều có vị trí “khơng”, vị trí vng phía bên phải ký hiệu van đảo chiều ký hiệu “0” Điều có nghĩa khí chưa có tín hiệu tác động vào nịng van lị xo tác động giữ vị trí a) Tín hiệu tác động tay b) Tác động c) Tác động khí nén d) Tác động nam châm điện - Van đảo chiều 3/2 tác động tay- công tắc A R P - Van đảo chiều 3/2 tác động dịng khí nén trực tiếp từ phía c Van đảo chiều 4/2: A - Van đảo chiều 4/2 tác động tay – bàn đạp P R Ký hiệu van 4/2 - Van đảo chiều 4/2 tác động trực tiếp nam châm điện Ký hiệu van 4/2 Tại vị trí 0: cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa R Khi có dịng điện vào cuộn dây van chuyển sang vị trí Khi cửa A nối với P, cửa B nối với R d Van đảo chiều 5/2 - Tác động – đầu dị Hình 4.9: Ký hiệu van 5/2 tác động cơ- đầu dò - Tác động khí nén: Hình 4.10:Ký hiệu van 5/2 tác động khí nén 2.1.5 Van đảo chiều khơng có vị trí “ khơng” Van đảo chiều khơng có vị trí “ không” loại van sau tác động lần cuối lên nịng van khơng cịn van giữ nguyên vị trí tác động cuối cùng, chừng chưa có tín hiệu tác động lên phía đối diện nịng van Tác động lên nịng van là: - Tác động tay, bàn đạp - Tác động dịng khí nén điều khiển vào từ hai phía - Tác động trực tiếp điện từ hay gián tiếp dịng khí nén qua van phụ trợ Loại van đảo chiều chịu tác động dịng khí nén điều khiển vào hay từ hai nòng van hay tác động trực tiếp nam châm điện từ gián tiếp dịng khí nén qua van phụ trợ gọi van đảo chiều xung, vị trí van thay đổi có tín hiệu xung tác độn lên nòng van a Van trượt đảo chiều 3/2 tác động tay a A P Hình 4.11:Van trượt đảo chiều tác động tay b R Khi dịch chuyển ống lót sang vị trí a, cửa P nối với A cửa R bị chặn Khi dịch chuyển ống lót sang vị trí b, cửa A nối với với R cửa P bị chặn b Van xoay đảo chiều 4/3 tác động tay A B P R Ký hiệu van 4/3 Hình 4.12: Van xoay đảo chiều tác động tay gạt c Van đảo chiều xung 4/2 tác động dịng khí nén điều khiển từ phía nịng van: hai nịng van khoan lỗ có đường kính φ 1mm thơng với cửa P Khi có áp suất cửa P, dịng khí nén diều khiển vào phía đối diện nịng van qua lỗ nịng van vị trí Bcân Khi cửa X cửa xả khí ,nịng van chuyển sangR vị tríPb, cửa P nối với A cửa B nối với cửa R Khi cửa X ngừng xả khí, vị trí nịng van nằmAở vị trí b, chừng chưa có tín hiệu xả khí cửa Ký hiệu van 4/2 Y d Van đảo chiều xung 5/2 tác động dịng khí nén điều khiển từ phía nịng van: Nguyên tắc hoạt động tương tự van đảo chiều 4/2 tác động dịng khí nén điều khiển từ phía nịng van Y X Ký hiệu van 5/2 Hình 4.13: Van xoay đảo chiều xung 5/2 tác động dịng khí nén Y X e Van đảo chiều xung 3/2 tác động nam châm điện qua van phụ trợ Y X P Ký hiệu van 4/2 R P A f Van đảo chiều xung 4/2 tác động nam châm điện qua van phụ trợ g Van đảo chiều xung 5/2 tác động nam châm điện qua van phụ trợ X Y Van đảo chiều 5/2 X B R P S A 2.5.Van điều chỉnh thời gian 2.5.1 Van điều chỉnh thời gian đóng chậm a Nguyên lý làm việc Rơle thời gian đóng chậm gồm phần tử: van tiết lưu chiều điều khiển chỉnh tay, bình trích chứa, van đảo chiều 3/2 vị trí “0” cửa P bị chặn Khí nén qua van tiết lưu chiều, cần thời gian t để làm đầy bình chứa, sau tác động lên nịng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A X A t1 A Hình P 4.23: R Rơ le thời gian đóng chậm b Ký hiệu biểu đồ thời gian 2.5.2 Rơ le thời gian ngắt chậm a Nguyên lý làm việc Rơ le thời gian ngắt chậm có cấu tạo nguyên lý làm việc tương tự rơ le thời gian đóng chậm, van tiết lưu chiều có chiều ngược lại X Hình 4.24: Rơ le thời gian ngắt A chậm chậm b Ký hiệu giản đồ thời gian P R 2.6 Cảm biến tia Cảm biến tia thuộc loại cảm biến khơng tiếp xúc, tức q trình cảm biến khơng có tiếp xúc trực tiếp phận cảm biến chi tiết Nguyên tắc hoạt động chung cảm biến tia dịng khí nén Cảm biến tia ứng dụng điều kiện mà cảm biến không tiếp xúc điện khơng thể thực như: điều khiển nóng, ảnh hưởng nước, ảnh hưởng điện trường… 2.6.1 Cảm biến tia rẽ nhánh a.ANguyên X lý hoạt động Dòng khí nén phát cửa P (áp suất nguồn), khơng có vật cản dịng khí nén thẳng, có vật cản dịng khí nén rẽ nhánh qua cửa XP (áp suất rẽ nhánh) (Hình 4.25) b Ký hiệu cảm biến rẽ nhánh Hình 4.25: Cảm biến tia rẽ nhánh Áp suất nguồn P, áp suất rẽ nhánh X, khoảng cách với vật chắn S + Nếu khơng có vật chắn dịng khí nén thẳng (X = 0) + Nếu có vật chắn dịng khí nén rẽ nhánh (X = 1) 2.6.2 Cảm biến tia phản hồi a Ngun lý hoạt động dịng khí nén P qua khơng có cản, tín hiệu phản hồi X = 0; có vật cản, tìn hiệu X = 1; Đặc điểm cảm biến tia phản hồi vật cản dịch chuyển theo hướng dọc trục cảm biến với khoảng cách a theo hướng vng góc với trục, khoảng cách s tín hiệu điều khiển nhận giá trị X = Hình 4.26: Cảm biến tia phản hồi b Ký hiệu P A 2.6.3 Cảm biến tia qua khe hở a Nguyên lý hoạt động: Cảm biến tia qua khe hở gồm phận: phận phát phận nhận Thông thường phận phát nhận có áp suất p khoảng 150mbar Nhưng so ứng dụng áp suất phận phát thể 4bar áp suất phận nhận đến 0.5bar trục cấu phát cấu nhận phải lắp đồng tâm + Khi chưa có vật cản X = + Khi có vật cản X = b Ký hiệu Các phần tử điện, điện- khí nén 3.1 Các phần tử điện 3.1.1 Công tắc Trong kỹ thuật điều khiển, cơng tắc, nút ấn thuộc phần tử đưa tín hiệu Có hai loại cơng tắc thơng dụng: cơng tắc đóng – mở cơng tắc chuyển mạch quay Cơng tắc đóng mở Cơng tắc chuyển mạch Hình 4.27: Cơng tắc ký hiệu công tắc 3.1.2 Nút ấn - Nút ấn đóng- mở: Khi chưa tác động chưa có dịng điện chạy qua (mở), tác động dịng điện qua - Nút ấn chuyển mạch chuyển trạng thái mạch Nút ấn đóng – mở Nút ấn chuyển mạch Hình 4.28: Cấu tạo ký hiệu nút ấn 3.1.3 Rơle Trong kỹ thuật điều khiển, rơle sử dụng phần tử xử lý tín hiệu Có nhiều loại rơle khác tùy vào công dụng Nguyên tắc hoạt động rơle từ trường cuộn dây, q trình đóng mở có tượng tự cảm a Rơle đóng mạch - Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất lực từ trường hút lõi sắt, có lắp tiếp điể Các tiếp điểm tiếp điểm để đóng , mở mạch tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều khiển - Ký hiệu Hình 4.29: Rơ le đóng mạch b Rơle điều khiển - Nguyên lý hoạt động: tương tự rơle đóng mạch khác rơle đóng mạch chỗ dùng cho mạch điều khiển có cơng suất nhỏ thời gian đóng mở tiếp điểm nhỏ (từ 1ms đến 10ms) - Cấu tạo ký hệu Hình 4.30: Cấu tạo ký hiệu rơle điều khiển c Rơle thời gian đóng chậm - Nguyên lý làm việc: Tương tự rơle thời gian tác động chậm phần tử khí nén Gồm phần tử: điot tương tự van chiều, tụ điện bình chứa, điện trở R van tiết lưu Ngồi tụ điện cịn có nhiệm vụ giảm điện áp quát tải trình ngắt - Cấu tạo ký hiệu Hình 4.31: Cấu tạo ký hiệu rơle đóng chậm c Rơle thời gian ngắt chậm - Nguyên lý làm việc: tương tự rơle thời gian ngắt chậm phần tử khí nén Gồm phần tử: điot van đảo chiều, tụ điện bình chứa, điện trở R van tiết lưu Ngồi tụ điện cịn có nhiệm vụ giảm điện áp tải trình ngắt - Cấu tạo ký hiệu Hình 4.32: Cấu tạo ký hiệu rơle ngắt chậm d Công tắc hành trình - Nguyên tắc hoạt động: Khi lăn chạm vào cữ chặn tiếp điểm nối với tiếp điểm Cần phân biệt trường hợp công tắc hành trình thường đóng cơng tắc hành trình thường mở - Cấu tạo ký hiệu công tắc hành trình Thường đóng Thường mở Hình 4.33: Cấu tạo ký hiệu cơng tắc hành trình 3.2 Van đảo chiều điều khiển nam châm điện a Ký hiệu Van đảo chiều điều khiển nam châm điện kết hợp với khí nén điều khiển trực tiếp đầu nòng van gián tiếp qua van phụ trợ Hình 3.34: Ký hiệu loại điều van điều khiển b Điều khiển trực tiếp A P Hình3.35: Van 2/2 đảo chiều trực tiếp nam châm điện A P R Hình3.36: Van 3/2 đảo chiều trực tiếp nam châm điện c Điều khiển gián tiếp A A P R S Hình3.37: Van 3/2 đảo chiều gián nam châm điện Hình3.38: Van 5/2 đảo c Các tín hiệu tác động ... tiếp qua van phụ trợ Hình 3. 34: Ký hiệu loại điều van điều khiển b Điều khiển trực tiếp A P Hình3 .35 : Van 2/2 đảo chiều trực tiếp nam châm điện A P R Hình3 .36 : Van 3/ 2 đảo chiều trực tiếp nam... đảo chiều trực tiếp nam châm điện c Điều khiển gián tiếp A A P R S Hình3 .37 : Van 3/ 2 đảo chiều gián nam châm điện Hình3 .38 : Van 5/2 đảo c Các tín hiệu tác động ... trí ban đầu lực nén lị xo ký hiệu Hình 4.7: Van đảo chiều 3/ 2 - Van đảo chiều 3/ 2 tác động tay – nút ấn ký hiệu van 3/ 2 - Van đảo chiều 3/ 2 tác động nam châm điện qua van phụ trợ Tại vị trí “ khơng”