Giáo trình điều khiển điện khí nén

Về số lượng:có sẵn ở khắp mọi nơi nên có thể sử dụng với số lượng vô hạn. Về vận chuyển:khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường ống, với một khoảng cách nhất định. Các đường ống dẫn về không cần thiết vì khí nén sau khi sử dụng sẽ được cho thoát ra ngoài môi trường sau khi đã thực hiện xong công tác. Về lưu trữ:máy nén khí không nhất thiết phải sử dụng liên tục.Khí nén có thể được lưu trữ trong các bình chứa để cung cấp khi cần thiết.

z  Giáo trình ĐIỀU KHIỂN ĐIỆNKHÍ NÉN Biên Soạn: Nguyễn Đỗ Công Hiến Giáo trình điều khiển điện- khí nén PHẦN I: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN- KHÍ NÉN .6 BÀI 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỆN- KHÍ NÉN Lịch sử phát triển đặc trưng hệ thống điều khiển khí nén 1.1 Vài nét phát triển .6 1.2 Những đặc trưng khí nén 1.3 Ưu, nhược điểm hệ thống truyền động khí nén 1.3.1 Ưu điểm: .8 1.3.2 Nhược điểm: .8 Đơn vị đo hệ thống điều khiển 2.1 Áp suất 2.2 Lực 2.3 Công .9 2.4 Công suất .9 2.5 Độ nhớt động Một số định luật sử dụng hệ thống khí nén 12 3.1 Thành phần hóa học khí nén 12 3.2 Phương trình trạng thái nhiệt động học 12 Khả ứng dụng khí nén 14 4.1 Trong lĩnh vực điều khiển .14 4.2 Hệ thống truyền động 14 BÀI 2: MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN 17 Máy nén khí hệ thống khí nén 17 1.1 Khái quát chung 17 1.2 Máy nén khí 18 1.2.1 Nguyên lý hoạt động phân loại máy nén khí 18 1.2.2 Máy nén khí kiểu pittông 19 1.2.3 Máy nén khí kiểu cánh gạt 24 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 1.2.4 Máy nén khí kiểu trục vít 26 1.2.5 Máy nén khí kiểu Root 28 1.2.6 Máy nén khí kiểu ly tâm 29 1.3 Hệ thống khí nén .33 Thiết bị xử lý khí nén .34 2.1 Yêu cầu khí nén 34 2.2 Các phương pháp xử lý khí nén .35 2.3 Bộ lọc 39 BÀI 3: HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHÂN PHỐI KHÍ NÉN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 43 Hệ thống thiết bị phân phối khí nén .43 1.1 Yêu cầu .43 1.2 Bình trích chứa khí nén 44 1.3 Mạng đường ống dẫn khí nén 44 * Hệ thống đường ống dẫn khí số nhà máy .46 Cơ cấu chấp hành 46 2.1 Khái niệm 46 2.2 Xy lanh 46 2.2.1 Xy lanh tác động đơn ( xylanh tác động môt chiều) 46 2.2.2 Xy lanh tác động chiều (xy lanh tác động kép) .47 2.3 Động khí nén 48 2.3.1 Khái niệm chung 48 2.3.2 Động bánh 48 2.3.3 Động trục vít 49 2.3.4 Động cánh gạt 49 2.3.5 Động Tuốcbin .51 BÀI 4: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN .52 Khái niệm 52 Giáo trình điều khiển điện- khí nén Các phần tử khí nén 53 2.1 Van đảo chiều 53 2.1.1 Nguyên lí hoạt động 53 2.1.2 Ký hiệu van đảo chiều .53 2.1.3 Tín hiệu tác động 55 2.1.4 Van đảo chiều có vị trí “ không” 58 2.1.5 Van đảo chiều vị trí “ không” .64 66 2.2 Van chặn 67 2.2.1 Van chiều 67 2.2.2 Van logic OR 67 2.2.3 Van lôgic AND 68 2.2.4 Van xả khí nhanh .68 2.3 Van tiết lưu .69 2.3.1 Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi 69 2.3.2 Van tiết lưu có tiết diện điều chỉnh 69 2.3.3 Van tiết lưu chiều điều chỉnh tay 69 * Hình ảnh van tiết lưu kèm van chiều 70 2.4 Van áp suất .71 2.4.1 Van an toàn .71 2.4.2 Van tràn .71 2.4.3 Van điều chỉnh áp suất 71 2.4.4.Rơ le áp suất 73 2.5.Van điều chỉnh thời gian 74 2.5.1 Van điều chỉnh thời gian đóng chậm 74 2.5.2 Rơ le thời gian ngắt chậm 74 2.6 Cảm biến tia 75 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 2.6.1 Cảm biến tia rẽ nhánh 75 2.6.2 Cảm biến tia phản hồi 76 2.6.3 Cảm biến tia qua khe hở 77 Các phần tử điện, điện- khí nén 78 3.1 Các phần tử điện .78 3.1.1 Công tắc 78 3.1.2 Nút ấn .78 3.1.3 Rơle 79 3.1.4.Cảm biến 83 3.2 Van đảo chiều điều khiển nam châm điện .87 BÀI 5: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN BẰNG KHÍ NÉN .88 Khái niệm 88 Phần tử mạch lôgic 90 2.1 Phần tử lôgic NOT (Phủ định) 90 2.2 Phần tử lôgic AND ( ) 90 2.3 Phần tử NAND (và- không) 90 2.4 Phần tử OR (hoặc) 91 2.5 Phần tử NOR (hoặc - không) 91 Biểu diễn phần tử lôgic khí nén 92 3.1 Phần tử NOT (phủ định) 92 3.2 Phần tử AND (và) 92 3.3 Phần tử NAND 93 3.4 Phần tử OR 93 3.5 Phần tử NOR 94 BÀI 6: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 95 Biểu diễn chức trình điều khiển 95 1.1 Biểu đồ trạng thái 95 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 1.2 Sơ đồ chức 105 1.3 Lưu đồ tiến trình 109 Các phương pháp điều khiển 111 2.1 Điều khiển tay 111 2.2 Điều khiển tùy động theo thời gian 114 2.3 Điều khiển tùy động theo hành trình 117 2.4 Điều khiển theo tầng .125 2.5 Điều khiển theo nhịp .134 Thiết kế điều khiển điện- khí nén 140 3.1 Nguyên tắc thiết kế: 140 3.2 Các phương pháp điều khiển 141 3.2.1 Mạch điều khiển theo nhịp .141 3.2.1 Điều khiển theo tầng: 143 PHẦN II: CÁC BÀI TẬP ỨNG DỤNG 150 PHẦN III: CÀI ĐẶT PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN 175 Giới thiệu chung: 175 Cài đặt phần mềm festo fluidsim 3.6 175 PHẦN I: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN- KHÍ NÉN BÀI 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỆN- KHÍ NÉN Lịch sử phát triển đặc trưng hệ thống điều khiển khí nén 1.1 Vài nét phát triển Ứng dụng khí nén có từ thời kỳ trước 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 sư chế tạo người Đức Guerike, nhà toán học nhà triết học người Pháp Pascal, nhà vật lý người Pháp Papin xây dựng nên tảng ứng dụng khí nén Trong kỷ 19, máy móc thiết bị sử dụng lượng khí nén phát minh: thư vận chuyển ống khí nén (1835), Phanh khí Giáo trình điều khiển điện- khí nén nén(1880), búa tán đinh khí nén (1861) Trong lĩnh vực xây dựng đường hầm xuyên dãy núi Alpes Thụy sĩ (1857) lần người ta sử dụng khí nén với công suất lớn Vào năm 70 kỷ thứ 19 xuất Pari trung tâm sử dụng lượng khí nén với công suất lớn 7350KW Khí nén vận chuyển tới nơi tiêu thụ đường ống với đường kính 500mm chiều dài km Tại nơi khí nén 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 lượng điện, vai trò sử dụng lượng khí nén bị giảm dần Tuy nhiên việc sử dụng lượng khí nén đóng vai trò cốt yếu lĩnh vực mà sử dụng lương điện nguy hiểm, sử dụng lượng khí nén dụng cụ nhỏ, truyền động với vận tốc lớn, sử dụng lượng khí nén thiết bị búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh… Và nhiều dụng cụ khác đò gá kẹp chi tiết Sau chiến tranh giới thứ 2, việc ứng dụng lượng khí nén kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ Với dụng cụ , thiết bị, phần tử khí nén sáng chế ứng dụng lĩnh vực khác nhau, kết hợp nguồn lượng khí nén với điện – điện tử nhân tố định cho phát triển kỹ thuật điều khiển tương lai Hãng FESTO (Đức) có chương trình pahts triển hệ thống điều khiển khí nén đa dạng, phục vụ cho công nghiệp mà phục vụ cho phát triển phương tiện dạy học (Didactic) 1.2 Những đặc trưng khí nén Về số lượng:có sẵn khắp nơi nên sử dụng với số lượng vô hạn Về vận chuyển:khí nén vận chuyển dễ dàng đường ống, với khoảng cách định Các đường ống dẫn không cần thiết khí nén sau sử dụng cho thoát môi trường sau thực xong công tác Về lưu trữ:máy nén khí không thiết phải sử dụng liên tục.Khí nén lưu 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 thường hoạt động với áp suất khoảng bar nên việc phòng nổ không phức tạp Về tính vệ sinh:khí nén sử dụng thiết bị lọc bụi bẩn, tạp chất hay nước nên thường , không nguy phần vệ sinh.Tính chất quan trọng ngành công nghiệp đặc biệt như: thực phẩm ,vải sợi, lâm sản thuộc da Về cấu tạo thiết bị :đơn giản nên rẻ thiết bị tự động khác Giáo trình điều khiển điện- khí nén Về vận tốc: khí nén dòng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt tốc độ cao (vận tốc làm việc xy-lanh thường 1-2 m/s) Về tính điều chỉnh: vận tốc áp lực thiết bị công tác khí nén 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 lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường dẫn - Đường dẫn khí nén (thải ra) không cần thiết - Chi phí để thiết lập hệ thống truyền động khí nén thấp, nhà máy, xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén có sẵn - Hệ thống bảo vệ áp suất 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 đường dẫn gây tiếng ồn Đơn vị đo hệ thống điều khiển 2.1 Áp suất Đơn vị áp suất theo hệ đo lường SI Pascal (Pa) Pascal áp suất phân bố bề mặt có diện tích 1m với lực tác động vuông góc lên bề mặt 1Newton (N) 1Pa = 1N/m2 1Pa = kgm/s2/m2 = kg/m2 Trong thực tế người 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 nước Anh, Mỹ sử dụng đơn vị đo áp suất (psi) : 1bar = 15.4 psi Giáo trình điều khiển điện- khí nén 2.2 Lực Đơn vị lực Newton (N) N lực tác động lên đối tượng có khối lượng 1kg với gia tốc 1m/s2 2.3 Công Đơn vị công Joule (J) 1J công sinh tác dộng lực 1N để vật dịch chuyển quãng đường 1m 1J = 1N.m 2.4 Công suất Đơn vị công suất Watt (W) 1W công suất thời gian 1giây sinh lượng 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 m 2/s 1m2/s độ nhớt động chất có độ nhớt động lực 1Pa.s khối lượng riêng 1kg/m2 v = η/ ρ Trong đó: η: Độ nhớt động lực (Pa.s) ρ : khối lượng riêng (kg/m3) v : độ nhớt động (m2/s) Giáo trình điều khiển điện- khí nén Giáo trình điều khiển điện- khí nén 10 Bài tập 9: THIẾT BỊ GÁ KẸP MÀI Chi tiết gia công trượt dẫn hướng bào qua Nó đưa 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 áp suất kẹp dẫn tiến dọc B chuyển động Như lúc mài xong vai bên phải Tiếp đến xylanh tiến ngang C Sau đến dẫn tiến dọc Lúc vai phía bên trái 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 166 Mạch điều khiển điện: Giáo trình điều khiển điện- khí nén 167 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 168 Bài tập 10: Với yêu cầu tập thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo phương 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 169 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 170 Bài tập 11: Với yêu cầu tập Hãy thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo phương 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 171 Bài tập 12: Với yêu cầu tập Hãy thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo phương pháp điều khiển nhịp Biểu đồ trạng thái xylanh Xy lanh A Xy lanh B Giáo trình điều khiển điện- khí nén Xy lanh C 172 Bài giải: Sơ đồ mạch điều khiển khí nén Sơ đồ mạch điện điều khiển Giáo trình điều khiển điện- khí nén 173 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 174 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 chương trình tương tác với cách trơn tru, kết hợp hình thức đa phương tiện nguồn thông tin khác biểu mẫu truy nhập 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 thư viện thành phần mở rộng tùy chỉnh - Ký hiệu phận cấu thành theo DIN ISO 1219 - Có nhiều chức CAD chức 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 - Bộ mô tả kết nối - Bộ ghi thể trực quan giá trị ấn định - Hỗ trợ đơn vị đo không thuộc hệ đo lường quốc tế (lbf, psi, gal) - Giao diện thích hợp - Tài liệu giảng dạy sửa đổi cập nhật - Được tối ưu 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 đường dẫn hành chuyển đổi bảng phần tử cách tự động - Thư viện sơ đồ mạch mở rộng sửa đổi - Hiển thị giá trị thành phần với đếm xử lý độ trễ - Các giá trị điều chỉnh có xylanh khí nén - Van tiết lưu 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 175 - 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 176 - Sau lựa chọn thư mục nơi đến Thường 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 177 - 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 178 - Chương trình bắt đầu cài đặt - Chọn “ Finish” để kết thúc trình cài đặt Giáo trình điều khiển điện- khí nén 179 - Trên hình máy tính giao diện Fluidsim Giáo trình điều khiển điện- khí nén 180 ... (m2/s) Giáo trình điều khiển điện- khí nén Giáo trình điều khiển điện- khí nén 10 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 11 Một số định luật sử dụng hệ thống khí nén 3.1 Thành phần hóa học khí nén. .. gas nhỏ giống tầng nén khí cuối động tua-bin gas cỡ trung bình Giáo trình điều khiển điện- khí nén 29 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 30 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 31 ... số máy nén khí kiểu pittôngđược sử dụng thực tế: Giáo trình điều khiển điện- khí nén 21 Giáo trình điều khiển điện- khí nén 22 Hình b:công Máynghiệp nén pittông áp suất thấp Hình a: Máy nén pittông