SKKN Biên Soạn Giáo Trình Giảng Dạy Môn Học Điều Khiển Khí Nén Và Điện Khí Nén

Do đó, trong chương trình đào tạo ngành điệncông nghiệp việc trang bị kiến thức cho học sinh về lĩnh vực điều khiển tự động làmột việc không thể thiếu và đặc biệt quan trọng nhằm giúp ch

Tên sáng kiến kinh nghiệm :

BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH GIẢNG DẠY MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Tôi là một giáo viên giảng dạy bộ môn điện công ngiệp cho học sinh trung cấpnghề tại trung tâm Kỹ thuật tổng hợp – Hướng nghiệp Đồng Nai Như chúng ta đãbiết trong các nhà máy, xí nghiệp luôn có các dây chuyền điều khiển tự động để phục

vụ cho việc sản xuất đạt hiệu suất cao Do đó, trong chương trình đào tạo ngành điệncông nghiệp việc trang bị kiến thức cho học sinh về lĩnh vực điều khiển tự động làmột việc không thể thiếu và đặc biệt quan trọng nhằm giúp cho các em sau khi tốtnghiệp có khả năng tiếp cận tốt nhất các hệ thống dây chuyền điều khiển tự động để

có thể lắp ráp, vận hành, bảo trì các hệ thống một cách thành thạo

Hiện nay điều khiển bằng khí nén được sử dụng rộng rãi và phổ biến vì khí nén

là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, không gây nguy hiểm chongười vận hành … Việc trang bị cho học sinh các kiến thức về nguyên lý làm việc củacác phần tử trong hệ thống điều khiển điện khí nén cũng như cách thiết kế, lắp đặt,vận hành và sửa chữa một hệ thống điều khiển khí nén là không thể thiếu Muốngiảng dạy được tốt, cần phải có giáo trình giảng dạy gắn liền với thực tế, không chỉ lýthuyết suông, xa rời thực tế mà phải có những bài tập thực hành, cũng như trang thiết

bị để học sinh, sinh viên có thể tiếp thu nhanh, đồng thời có thể rèn luyện kỹ năng củamình

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều giáo trình, sách kỹ thuật viết về điều khiểnbằng khí nén, nhưng hầu hết chỉ là lý thuyết, trình bày nguyên lý làm việc của hệthống, cách thiết kế hệ thống …Trong khi đối tượng giảng dạy tại trung tâm là họcsinh trung cấp nghề cần trang bị kỹ năng thực hành là chính Tài liệu giảng dạy cầnphải có các bài tập chuyên về thực hành để học sinh qua đó có thể học được cách thiết

kế một hệ thống điều khiển thực tế cũng như rèn luyện được kỹ năng lắp đặt hệ thống

điều khiển bằng khí nén Đứng trước thực trạng trên tôi đã biên soạn tài liệu chuyêngiảng dạy phần thực hành môn học này cho học sinh tại trung tâm.

II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 Cơ sở lý luận

- Như đã nói ở trên, hiện nay các giáo trình, tài liệu dùng trong giảng dạy mônhọc điều khiển điện khí nén hầu hết chỉ là lý thuyết, rất ít tài liệu nói về các bài thựchành Có chăng cũng chỉ một vài ví dụ minh họa nên khi giảng dạy giáo viên phải vẽthêm các bài thực hành để học sinh có thể tiến hành thực tập Do đó nếu không có mộttài liệu hướng dẫn thực hành thống nhất thì giáo viên giảng dạy sẽ gặp nhiều khó khănđồng thời khả năng tiếp thu của học sinh theo đó cũng sẽ rất yếu Vì thế việc cung cấptài liệu có các bài thực hành gắn liền với các yêu cầu thực tế để từ đó các em có thểlắp đặt vận hành nhằm hình thành kỹ năng chuyên môn là một việc hết sức quantrọng

- Trước đây khi giảng dạy môn học điều khiển điện khí nén, ở phần thực hành,giáo viên chỉ đưa ra các bài tập, sau đó vẽ mạch điện lên bảng cho học sinh Học sinhcăn cứ vào mạch đã vẽ để lắp ráp và vận hành Nếu mạch có sai xót thì khi vận hànhmới có thể phát hiện để sửa chữa Việc làm trên dẫn đến việc học tập gặp rất nhiềukhó khăn Khi có giáo trình này, giáo viên sẽ căn cứ vào các bài tập đẽ được thiết kế,

vẽ sẵn để giải thích nguyên lý làm việc của mạch Học sinh sau khi nghe giảng giảinguyên lý vận hành của mạch sẽ tiến hành lắp ráp theo mạch điện để rèn luyện kỹnăng lắp đặt cũng như kỹ năng sửa chữa nếu mạch có xảy ra sự cố, từ đó giúp các emhình thành các kỹ năng của bộ môn Song song với việc lắp đặt theo các bài thực hànhtrong giáo trình này, giáo viên cũng có thể hướng dẫn học sinh mô phỏng mạch điệntrên máy tính để mô phỏng hoạt động của mạch cũng như rèn luyện kỹ năng thiết kếmạch điều khiển của học sinh

- Giáo trình tôi biên soạn chủ yếu là các bài tập thực hành gắn liền với nhữngtrang thiết bị hiện có tại trung tâm, chỉ đề cập đến những vấn đề chính, cô đọng về lýthuyết để học sinh trung cấp nghề có thể tiếp thu nhanh nhất, dễ hiểu, dễ làm theo

không đi quá chuyên sâu về tính toán thiết kế, vì đại đa số học sinh học nghề thườngkhông có khả năng tốt về việc suy luận , tư duy logic như sinh viên cao đẳng, đại học.Thông qua giáo trình này giúp cho giáo viên gặp nhiều thuận lợi trong khi giảng dạy.Nội dung giảng dạy được thống nhất theo chương trình khung đào tạo của Bộ Laođộng đồng thời giúp cho các em học sinh củng cố, nắm vững phần lý thuyết đã đượchọc trong chương trình, rèn luyện được kỹ năng lắp ráp mạch cũng như phát hiện sự

cố và khắc phục một cách tốt nhất Việc đưa giáo trình này vào giảng dạy sẽ tăngthêm phần hứng thú học tập ở học sinh đồng thời các em còn tiếp cận được thực tiễn

để sau khi tốt nghiệp ra trường các em có thể thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữađược các hệ thống điều khiển bằng khí nén tại các công ty mà các em công tác

2 Nội dung của đề tài :

CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM VỀ KHÍ NÉN

I / SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT KHÍ NÉN :

Như chúng ta đã biết không khí nén là một dạng năng lượng cũ mà con người

đã sử dụng để thay thế cho các lực cơ học

Từ hàng ngàn năm trước, không khí đã nén tới mức có thể chảy được Nó còn

là một trong bốn phần tử cơ bản đươc thừa nhận bởi người xưa, người ta sử dụngchúng một cách có ý thức hoặc vô ý thức

Một trong những bước đầu tiên là sự hiểu biết của chúng ta về ứng dụng kỹthuật khí nén, có nghĩa là dùng không khí nén đến mức có thể chảy được để côngtác.Một người Hy lạp tên là Ktesibios , cách đây hơn 2000 năm , đã tạo ra máy bắn đáđầu tiên bằng khí nén Một trong những cuốn sách đầu tiên đã ghi lại việc sử dụngkhông khí như một nguồn năng lượng vào ngày đầu tiên của công nguyên Nó đã mô

tả lại các các bộ phận điều khiểnn bằng khồng khí nóng

Sự hiểu biết của nhân loại về khoa học khí nén từ những thế kỷ đầu, song phảichờ đến thế kỹ này mới được chúng ta nghiên cứu có hệ thống Từ đó kỹ thuật khí nén

đã thực sự đi vào các nghành công nghiệp

Điều đáng quan tâm là không khí nén được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vựcquan trọng ví dụ như: trong công nghiệp khai thác quặng mỏ, đường sắt, dệt và cácnghành công nghiệp thực phẩm …

Ngày nay không khí nén được dùng rộng rãi trong các nhà máy hiện đại được

bố trí thành hệ thống nguồn cung cấp như hệ thống điện

II / NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA KHÔNG KHÍ NÉN LÀ:

Các đặc trưng cơ bản của không khí nén:

Về số lượng: không khí có ở khắp nơi nên có thể nén với số lượng vô hạn

Về vận chuyển: không khí nén có thể vận chuyển trong các đường ống, vớimột khoảng cách nhất định Các đường ống dẫn về thì không cần thiết vì khí sẻđược cho thoát ra bên ngoài sau khi đãcông tác

Về lưu trữ: máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục Khí nén

có thể được lưu trữ trong các bình chứa, được lắp nối trong các hệ thống ống dẫn

để cung cấp cho sử dụng khi cần thiết

Về nhiệt độ: không khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ

Về chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy nổ bởi khí nén, nênkhông tốn chi phí phòng cháy Hoạt động với áp suất khoảng 6 bar nên phòng nổkhông quá phức tạp

Về tính sạch sẽ: khí nén thì trong sạch ngay cả trong trường hợp là dòngchảy trong các đường ống hay là trong các thiết bị, không một nguy cơ gây bẩnnào được quan tâm đến Tính chất này rất cần thiết trong các ngành công nghiệpchuyên biệt như công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản và thuộc da…

Về cấu tạo trang thiết bị: đơn giản nên rẻ tiền

Về tốc độ: không khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn, cho phép đạtđược tốc độ cao ( vận tốc các xi lanh làm việc thường từ 1-2 m/s, cá biệt có thể đạtđến 5m/s )

Về tính điều chỉnh: vận tốc và lực của các thiết bị công tác của khí nénđược điều chỉnh một cách vô cấp

Về sự quá tải: các công cụ và các thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng chođến khi chúng dừng hoàn toàn,cho nên sẻ không quá tải

III / CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ NÉN :

Không khí ở xung quanh ta có áp suất thay đổi, nó phụ thuộc vào:

 Độ cao so với mực nước biển

 Vị trí địa lí

 Khí tượng

Chúng ta có thể phân loại các loại áp suất sau:

Áp suất khí trời: là áp suất không khí xung quanh ta, áp suất này

bằng 1013 bar ở mực nước biển, 0 độ và vĩ tuyến 45 độ

Áp suất chân không: nếu khí quyển biến mất chung quanh quả đất,

áp suất không còn nữa ta có chân không tuyệt đối Áp suất được biểu

diễn với chân không tuyệt đối gọi là áp suất tuyệt đối

Áp suất dư: là áp suất đọc được so với áp suất khí quyển

Không khí dùng trong công nghiệp lúc đầu là không khí ở áp suấtkhí trời, được tăng lên một áp suất cao gọi là áp suất tương đối hay còngọi là áp suất dư ( áp suất đo )

IV / KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN :

1 / Trong lĩnh vực điều khiển:

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực có khảnăng nguy hiểm nhiều nhất như: cháy, nổ …,ví dụ như các thiết bị phunsơn, các loại đồ gá, kẹp chi tiết, plastic, hoặc được sử dụng trong nhữnglĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử Ngoài ra hệ thống điều khiển bằngkhí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bịvận chuyển và kiểm tra lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trongcông nghiệp hóa chất

Truyền động thẳng: được sử dụng trong các đồ gá kẹp chặt, cácthiết bị đóng gói, máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng nhưtrong các hệ thống phanh hãm của ô tô

Trong các hệ thống đo và kiểm tra: trong các hệ thống vận chuyển

Đường dẫn khí ra (khí thải) không cần thiết

Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén

Hệ thống phòng ngừa quá tải áp suất giới hạn được bảo đảm

2/NHƯỢC ĐIỂM :

Lực truyền tải trọng nhỏ

Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thayđổi, vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, do đó không thể thực hiện đượcnhững chuyển động thẳng hoặc quay đều

Khí thoát gây tiếng ồn

CHƯƠNG II : CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN KHÍ NÉN I.KHÁI NIỆM:

Một hệ thống điều khiển bao gồm các phần tử sau:

Nguồn: đây là nguồ khí nén với áp xuất làm việc ( 6I8bar)

 Phần tử đưa tín hiệu vào: nhận những giá trị của tín hiệu vào, cũng

là phần tử đầu tiên của mạch như: công tắc hành trình, nút nhấn, cảmbiến…

 Phần tử xử lý tín hiệu: tín hiệu vào được xử lý theo một quy tắclogic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển như:vay tiếp lưu, van logic OR hoặc AND

 Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thayđội trạng thái cửa cơ cấu chấp hành như: van đạo chiều, ly hợp

 Cơ cấu chấp hành: làm thay đội trạng thái của đối tượng điềukhiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển như: xylanh, động cơ

II VAN ĐẢO CHIỀU:

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cáchđóng mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đội hướng của dòng năng lượng

Đại lượng vào Lưu lượng Áp suất

Phần tử đưa tín hiệu vào

Phần tử xử lý tín hiệu Phần tử điều khiển

Cơ cấu chấp hành

Đối tượng điều khiển

Bộ phận lọc Van khóa

1(P) 3(R) 12

1/Ký hiệu:

Sự chuyển đổi của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liềnnhau, dòng năng lượng sẽ di chuyenr theo chiều của mũi tên và sẽ bị chặnlại khi có ký hiệu của chữ T

2/Van đảo chiều không duy trì 3/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều không duy trì

3/2 như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn tư cửa P sẽ bị

chặn lại nơi ký hiệu T, khi có tín hiệu đường điều khiển

12, thì nòng van sẽ dịch chuyển sang phải và nguồn tư

cửa P sẽ di chuyển theo chiều mũi tên đi lên đường A và khi tìn hiệu ởđường điều khiển 12 mất, thì do áp lực cửa lò xo nòng van sẽ tự di chuyểnsang trái, lúc này nguồn từ cửa P sẽ thôi cấp tín hiệu

3/Van đảo chiều không duy trỉ 5/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều không duy

trì 5/2 như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P

sẽ đi theo chiều mũi tên lên cửa A, khi đường điều

khiển 14 có tín hiệu thì nòng van sẽ dịch chuyển sang

phải và nguồn từ cửa P sẽ dịch chuyển theo chiều mũi tên và lên cửa B,khi tín hiệu ở đương 14 mất thi do áp lực của lò xo nòng van sẽ tự dịchchuyển sang trái, lúc này nguồn từ cửa P sẽ di chuyển theo chiều mũi tên

đi lên cửa A

4/Van đảo chiều duy trì 3/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều duy trì 3/2

như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P sẽ bị

chặn lại nơi cửa ký hiệu T , khi có tín hiệu ở đường

điều khiển 12, nòng van sẽ dịch chuyển sang phải và

nguồn từ cửa P sẽ di chuyển theo chiều mũi tên đi lên đường A, và khi tín

5(R) 1(P) 3(S) 14

2(A)

1(P) 3(R)

hiệu ở đường điều khiển 12 mất, nòng van không tử di chuyển về vị trí banđầu được, nếu muốn thay đội trạng thái thì đồng thời tín hiệu ở đường điềukhiện 10 phải có và tín hiệu ở đường 12 phải mất đi, nòng van sẽ bị tácđộng và di chuyển sang trái, lúc này nguồn từ cửa P sẽ thôi cấp tín hiệu.

Lưu ý: do hai đầu của van đảo chiều đều có đường tín hiệu vào, do đó người ta quy ước rằng vị trí khởi đầu của van đảo chiều duy trì là vị trí ở

ô vuông phía bên phải.

5/Van đảo chiều duy trì 5/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều duy trì 5/2

như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P sẽ di

chuyển theo chiều mũi tên đi lên cửa A, khi có tín

hiệu ở đường điều khiển 14, nòng van sẽ dịch

chuyển sang phải và nguồn từ cửa P sẽ di chuyển thiều mũi tên đi lênđường B, và khi tín hiệu ở đường 14 mất, nòng van không tự dịch chuyển

về vị trí ban đầu được, nếu muốn thay đổi trạng thái thì đồng thời tín hiệu

ở đường điều khiển 12 phải có và tín hiệu ở đường 14 phải mất đi, nòngvan sẽ tự tác động và di chuyển sang trái, lúc này nguồn cửa P sẽ dichuyển lên cửa A

Lưu ý: do hai đầu của van đảo chiều đều chó đường tin hiệu vào, do đó người ta quy ước rằng vị trí khởi đầu cửa van đảo chiều duy trì là vị trí ô vuông phía bên phải.

III CƠ CẤU CHẤP HÀNH:

1/Xy lanh tác dộng một phía :

Xy lanh tác động một phía được

cung cấp khí nén bởi một phía duy

nhất.Như vậy nó chỉ có thể cho hành

trình làm việc ở một chiều duy nhất

hành trình ngược lai của piston được

thực hiện bởi lò xo hoặc lực ngoài

Cho nên khí nén chỉ cần thiết cho

việc duy chuyển ở một chiều duy nhất sự xác định kích thước lò xo tùythuộc kiểu có thể đưa piston đi (hay về) vị trí khởi động một cách nhanhchóng

Trong xylanh tác động một phía phản hồi bằng lò xo, hành trình là mộthàm theo độ dài của lò xo Thường trong xylanh tác động một phía hànhtrình không vượt quá 100 mm

Như thế chỉ sử dụng chúng giới hạn trong những công việc đơn giản như:siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào các chi tiết, các chuyển động

 XY LANH KIỂU PISTON :

Độ kín được đảm bảo bởi vật liệu nhựa dẻo hoặc vật liệu mềm được lắpvào trong piston bằng kim loại chuyển động ở mép piston là chuyển độngtrượt kín trong bề mặt hình trụ của xy lanh

5(R) 1(P) 3(S)

Điều thứ hai cần trình bày đó là loại xy lanh có lò xo thực hiện có hànhtrình ngược thường trong trường hợp này người ta sử dụng năng lượng khínén để dừng, hãm (sự hãm trong các xe tải xe hơi, toa xe và nó đảm bảomột cách chắc chắn).

2/ XY LANH TÁC ĐỘNG HAI PHÍA:

Xy lanh trong trường hợp này lực tác dụng bởi khí nén kích thích lênpiston một chuyển động về một phía Một lực tác động tương tự làm dichuyển một hành trình ngược

Xy lanh tác dộng hai phía trong trường hợp đòi hỏi cần thực hiện haichiều có điều kiện độ kín giữa xy lanh và piston được bảo đảm bởi cácđệm ở mép của piston hoặc của màng

 XY LANH CÓ GIẢM CHẤN Ở CUỐI HÀNH TRÌNH :

Ở đây khối dẫn hướng đóng vai trò quan trọng để tránh sự va đập và dẫntới sự hư hỏng của các trang thiết bị trong xy lanh, người ta làm một hệthống giảm chấn điều chỉnh được ở cuối hành trình của xy lanh Hệ thốngnày cần được thiết lập vì piston cần được giảm chấn một cách đáng kể ởhành trình Nó có một đường thoát khí với tiết diện nhỏ có thể điều chỉnhtạo nên hiệu ứng giảm chấn

Khí được tích trữ trong phần cuối buồng chứa của xy lanh sau mỗi lầnnén Lúc bấy giờ áp suất dư phát sinh thoát qua van tiết lưu và hiệu ứnggiảm chấn bắt đầu (do chảy qua tiết diện nhỏ) Sự nén khí qua đường này

bổ sung thêm cho việc hấp thu một phần năng lượng, piston hãm chuyểnđộng và đi tới chậm dần cho tới vị trí cuối của hành trình Ở lần đảo chiềuchuyển động của sự di chuyển piston, khí đi vào một cách tự do trong

buồng xy lanh và đi ngang qua van một chiều

 CÁC KIỂU GIẢM CHẤN KHÁC :

 Giảm chấn không điều chỉnh được ở hai phía

 Giảm chấn không điều chỉnh ở một phía

 Giảm chấn có diều chỉnh ở một phía.

IV CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH:

Chức năng của công tắc hành trình là cung cấp tín hiệu cơ cấu (như xy

lanh) đạt đến vị trí của hành trình đã định sẵn, để điều khiển như đảo chiều

chuyển động, điều chỉnh tốc độ, điều khiển các bộ phận khác ,vvv…

1/CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH TÁC ĐỘNG HAI CHIỀU:

 Nguyên Lý Làm Việc :

Công tắc hành trình 3/2 được nối liền với nguồn cung cấp khi qua cửa P

Khi con lăn bị tác động khí nén tràn về phía màn đẩy con trượt đi xuống

làm đóng đường dẫn khí giữa A và R và mở đường nối P tới A

Khi con lăn không còn bị tác động nữa thì đường dẫn khí nén tới màng bị

đóng, khí sẽ đi từ cửa A đến thoát ra ở cửa R

Bằng cách đổi chỗ các nhánh P,R và quay cần gạt con lăn đi một góc 180

độ Chúng ta sẽ đổi được van hành trình này : thường đóng hay thường

mở

2

2/CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH TÁC ĐỘNG MỘT CHIỀU:

Trong những mạch ở trường hợp có sự trùng tín hiệu như một van đảo

chiều tác động lần lượt hai phía, thì đối với công tắc hành trình tác động

hai chiều thì không sử dụng, trong trường hợp này thì phải sử dụng công

tắc hành trình tác động một chiều

Lưu ý: khi sử dụng công tắc hành trình tác động một chiều,trong sơ đồ

mạch cần phải vẽ chiều mũi tên mà cơ cấu chấp hành tác động ở phía

nào.

2

V VAN TIẾT LƯU:

Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốchoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành Nguyên lý làm việc của vantiếp lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiếtdiện

Van có tác dụng điều chỉnh, tiết lưu dòng chảy đi qua, tác động trên cảhai chiều của dòng khí

 Van tiết lưu có mặt cắt không đổi :

 Van tiết lưu bằng mặt cắt : ở van này có độ dài

của sự tiết lưu cao hơn đường kính tiết lưu

 Van có màng ngăn : ở van này có độ dài của

sự tiết lưu ngắn hơn đường kính tiết lưu

 Van tiết lưu có chỗ co hẹp thay đổi :

 Van tiết lưu có mặt cắt điều chỉnh được

 Van tiết lưu bằng mặt cắt (dòng chảy) được điều khiển bằng cơ khí cómột phản hồi bằng lò xo

Van này tiện dụng khi lắp van tiết lưu bằng mặt cắt trực tiếp lên xy lanh

1/VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU:

Van này thường được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của những xy lanhkhí nén

Van tiết lưu một chiều có thể lắp trực tiếp lên xy lanh khí nén Người taphân biệt thành hai kiểu chính để điều chỉnh xy lanh tác dụng một phía bởi

sự giảm lưu lượng khí Theo chiều đóng của van một chiều dòng khí chỉ cóthể đi qua tiết diện tiết lưu theo chiều ngược lại, dòng khí có thể di chuyển

tự do qua van một chiều như vậy dòng khí chỉ bị tiết lưu ở một chiều của

dòng chảy

 TIẾT LƯU ĐƯỜNG CUNG CẤP (TIẾT LƯU SƠ CẤP)

Trong trường hợp tiết lưu đường cung cấp (đường vào), van tiết lưu mộtchiều được lắp ở đường vào và hạn chế lượng khí cung cấp cho xy lanh.Trong khi đó khí có thể thoát ra từ xy lanh một cách tự do nhờ van mộtchiều tiết lưu đường cung cấp được sử dụng trong các xy lanh tác độngđơn giản và thể tích nhỏ

Ngược lại trong trường hợp tiết lưu đường ra, khí nén cung cấp tự do cho

xy lanh và bị thiết lưu ở đường ra Thông thường trong hệ thống khí nén

để điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành người ta sử dụng phương pháptiết lưu đường ra

2.VAN TIẾT LƯU HAI CHIỀU :

Van tiết lưu hai chiều thực hiện việc tiết lưu cả hai chiều, dòng khí nén đi

từ P về A và ngược lại tiết diện thay đổi bởi vít điều chỉnh

VI VAN THOÁT NHANH:

Van thoát khí nhanh là thiết bị phụ để tăng tốc độ của piston Như vậyngười ta tránh được sự mất thời gian ở hành trình ngược (chạy không),nhất là những xy lanh tác động một phía

Van này bao gổm một đường ống dẫn áp suất P, một đường thoát R vàmột đường ra A khi có áp suất và ở P, đệm dỉa che đường thoát R, khí nén

đi qua A khi áp suất bị ngắt ở nơi P, khí đến từ A tác động lên dỉa đệmcản lại đường đến từ P, cửa P đóng kín Đường ra của khí có thể thoát trựctiếp theo chiều ra ngoài khí trời vì thế đường ra của khí không cần đi quamột quảng đường dài và không qua ống dẫn điều khiển dẫn đến cơ cấuphân phối van thoát khí nhanh có thể lắp trên xy lanh

VII VAN LOGIC:

1.Van OR:

Người ta có thể gọi van loại này là van “hoặc” chế độ làm việc của vanloại này gồm hai cửa vào X, Y và một cửa ra A duy nhất khi khí nén đếncửa vào X thì bị duy chuyển đến đóng cửa Y, khí đi từ X đến A Ngược lạikhi khí đến bằng cửa Y nó sẽ di chuyển đến A và cửa vào X sẽ được đóngkín lại lúc dòng ngược về thì viên bi vẫn còn như ở vị trí trước của nó

VIII.VAN AND:

Người ta gọi là van “Và”, loại này có hai đường vào X, Y và có mộtđường ra duy nhất A Chỉ có tín hiệu khí nén ở cửa A khi cả hai tín hiệuvào cùng tồn tại,một tín hiệu vào X hoặc vào Y sẽ che kín đường dẫn lêncửa A bởi một lực tác động đến lõi phía trong van Khi tín hiệu thứ nhấtvào thì không có sự đi qua đến tín hiệu kia vào ở đường kia thì lúc nàymới có sự đi qua ở đường ra A trong trường hợp áp suất khác nhau ở cácđường tín hiệu vào thì áp xuất nào lớn hơn sẽ dóng kín cửa van, còn ápxuất nào nhỏ hơn thì sẽ di chuyển sang A

Thiết bị này chủ yếu sử dụng trong các mạch logic, mạch an toàn để thựchiện chứa năng điều khiển và mối liên hệ logic

SUẤT:

1 VAN AN TOÀN:

Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp xuất lớn nhất mà hệ thống có thể tải.khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén

sẽ thắng lực lò xo và như vậy khí nén sẽ theo cửa R ra ngoài không khí

2.VAN TRÀN:

Nguyên tắc hoạt độngcủa van tràn tương tự như van an toàn nhưng khác

là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định, thì cửa P sẽ nối với cửa A

nối với hệ thống điều khiển

X.RƠLE THỜI GIAN:

Thiết bị này là sử tổng hợp của van 3/2 điều khiển bằng khí nén van tiết lưu một chiều là một bình chứa khí nhỏ

1 rơle thời gian thường đóng ( bộ phận làm trễ thường đóng ):

Nguồn khí cung cấp cho bộ phận làm trễ qua cửa P Dòng khí qua cửađiều khiển vào Z đi qua van tiết lưu một chiều tùy thuộc vào sự điều chỉnhcủa vít tiết lưu mà nó sẽ làm tăng thêm hoặc giảm lượng khí đi vào bìnhchứa nhỏ Khi áp suất điều khiển cần thiết đã được thiết lập trong bìnhchứa nó sẽ tác động đẩy con trượt đi xuống làm kín sự liên thông từ A đến

R Lúc này bề mặt tựa của van được mở và khí có thể đi từ P qua A Khoảng thời gian cần thiết để thiết lập áp suất ở trong bình chứa khí có tácdụng làm chậm trễ sự điều khiển của van phân phối 3/2.Bộ làm trễ bắt đầutrở về vị trí của van ban đầu khi cửa điều kiện Z trở thành cửa thoát,khí sẽthoát ra từ bình chứa một cách tự do quan van tiết lưu một chiều và đườngthoát của van 3/2 lại có tín hiệu.Dưới tác dụng đàn hồi của lò xo đẩy contrượt đi lên đóng kín cửa P,nối liên thông từ A đến R

2 Rơ le thời gian thường mở (bộ phận làm trễ thường mở):

Giống như trên khi điều khiển đi vào cửa Z của bình chứa khi áp suấtđiều khiển cần được thiết lập trong bình chứa khí, van 3/2 được chỉnh lưuđóng kín sự đi qua từ P đến A đường ống làm việc A được nôi với đường

R sự chậm trễ tương ứng với sự thiết lập áp suất ở trong bình khí Khingắt nguồn khí điều khiển tác động vào cửa Z làm trễ bắt đầu lại ở vị triban đầu

XI RƠLE ÁP SUẤT:

Thiết bị này là sự tổ hợp của một van phân phối 3/2 điều khiển bằng khínén một van áp suất điều khiển từ bên ngoài

 Nguyên lý làm việc của rơle áp suất:

Khí nén vào cơ cấu phân phối qua ống nối P, khí điều khiển qua cửa vào

Z, tùy vào sự điều chỉnh của độ nén khí lò xo thì áp suất đạt được sẽ đẩyvan điều khiển 3/2 làm thông cửa A và dẫn khí từ B sang A

XII CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG KHÍ NÉN:

Các ký hiệu tiêu chuẩn ( DIN ISO 1219 )

p

A

P A

 Động cơ nén khí có lưu lượng không đổi có

một đường tiêu thụ không khí

 Động cơ có khí lưu lượng điều chỉnh được

cơ một đường tiêu thụ khí

 Động cơ nén khí cơ một góc quay giới hạn

 Xy lanh tác động hai phía, phục hồi bằng nội lực

 Xy lanh tác động một phía, phục hồi bằng lò xo

 Xy lanh tác động một phía,piston có một trục

 Xy lanh tác động một phía,piston có hai truc

 Xy lanh tác động hai phía, có đệm điều chỉnh ở 2 trục

2 Điều chỉnh và điều khiển năng lượng:

a.các van điều khiển:

 Van điều khiển 2/2, đóng ở vị trí đầu

 Van điều khiển 2/2, mở ở vị trí đầu

 Van điều khiển 3/2, đóng ở vị trí đầu

 Van điều khiển 3/2, mở ở vị trí đầu

 Van điều khiển 3/3,đóng ở vị trí giữa

 Van điều khiển 4/2

 Van điều khiển 4/3,đóng ở vị trí giữa

 Van điều khiển 4/3,đóng ở vị trí giữa

 Van điều khiển 5/2

b.Các van:

 Van một chiều không lò xo

 Van một chiều có lò xo

 Van một chiều điều khiển được.

 Van thoát nhanh

c.Điều chỉnh áp suất:

 Bộ điều tiết với áp suất điều chỉnh được

 Bộ điều chỉnh áp suất không đường thoát,điều chỉnh được

 Bộ điều chỉnh áp suất có đường thoát ra chung quanh

d Điều chỉnh lưu lượng:

 Van thoát điều tiết cố định

 Màng ngăn điều tiết cố định

 Van thoát điều chỉnh được

 Van thoát điều chỉnh được bằng tay

 Van thoát lưu lượng thay đổi được,điều

khiển bằng cơ phục hồi bằng lò xo

e Vòi khóa

 Vòi khóa(van hãm) biểu diễn đơn giản

f Các van điều chỉnh lưu lượng:

 Tiết lưu đường tới,đường về không tiết lưu

 Màng ngăn điều tiết lưu lượng thay đổi

được,đường về không tiết lưu

3.Chuyển tải năng lượng:

 Nguồn áp suất

 Đường truyền ,mạch công tác

 Đường truyền,mạch điều khiển

 Đường truyền,mạch đường thoát

 Đoạn dây điện

 Mối nối cố định.

 Chéo nhau

 Đường thoát

 Đường thoát ra chung quanh

 ]Đường thoát có liên kết

 Bằng con lăn một chiều

c Điều khiển bằng điện:

 Bằng nam châm điện có

cuộn dây tác dụng

 Bằng nam châm điện có hai cuộn

dây tác dụng ngược chiều

 Bằng nam châm điện và van điều khiển dẫn hướng.

 Bằng nam châm điện hay van điều khiển dẫn hướng

 Bằng nam châm điện hay điều khiển bằng tay

7 Bộ khuếch đại:

 Bộ khuếch đại áp suất

 Bộ khuếch đại lưu lượng

 Van điều khiên 3/2 có bộ khuếch đại

XIII CÁC KÝ HIỆU BIỂU DIỄN CÁC ĐẦU NỐI:

 10, 14, 12 đường điều khiển

Mối liên hệ giữa các cách biểu diễn:

ISO5599 Biểu diễn ký tự

NGUYÊN TẮC TRÌNH BÀY SƠ ĐỒ MẠCH:

Để có thể đọc và hiểu các sơ đồ mạch trình bày trong bảng vẽ cần nắmvững các khái niệm và quy ước sau

 Mạch điều khiển gồm nhiều thành phần khác nhau:

Nguồn: thiết bị phục vụ và ống dẫn khí

Cảm biến: đưa tín hiệu đến bộ phận xử lý

Bộ phận xử lý: đưa tín hiệu đến các thiết bị điều khiển

Thiết bị điều khiển: điều khiển các dòng tín hiệu khí nén đến các cơ

cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành: nhận tín hiệu và chấp hành

Trong mạch điều khiển khi trình bày bằng sơ đồ, các xy lanh thườngđược đánh số theo sơ đồ sau:

 Số chẵn cho vị trí đi ra của xy lanh ( 1.2, 1.4, 1.6 )

 Số lẻ cho vị trí đi vào của xy lanh ( 1.3 )

 Nếu xy lanh la cơ cấu chấp hành duy nhất trong mạch thì được kýhiệu 1.0 và van điều khiển xy lanh được đánh số 1.1

 Ký hiệu các thiết bị nguồn:

 Nhũng ký hiệu trình bày được sử dụng theo tiêu chuẩn DIN ISO

1219 “Ký hiệu của các hệ thống và thiết bị lưu chất ”

 Các ký hiệu của nguồn cung cấp có thể thể hiện như các thiết bịriêng lẻ hay như các thiết bị tổ hợp

 Thông thường ở những chỗ ghi chú các yêu cầu kỹ thuật đặc biệtnhư không bôi trơn hay lọc cực mịn thì phải sử dụng ký hiệu đầy đủ.Thông thương nếu nguồn cung cấp chung cho tất cả các thiết bị sử dụngcác thiết bị đơn giản

 Sơ đồ chi tiết rất hữu ích khi sửa chữa và nghiên cứu, nhưngkhông nên thêm vào vì nó sẽ làm phức tạp sơ đồ

 Ký hiệu các van điều khiển:

 Van điều khiển được thể hiện bởi số các đầu nối để điều khiển và

số vị trì Để mô tả đầy đủ các chức năng, thông tin khác như phương pháptác động và thông số về các đường đi đặc biệt được thêm vào

 Mỗi vị trí van được mô tả bởi một hình vuông riêng biệt Việc thểhiện các cửa rất quan trọng khi giải thích sơ đồ khi lắp van vào hệ thống

 Việc thể hiện các van điều khiển phù hợp với dư luận DIN ISO

5599 Trước kia người ta sử dụng hệ thống chữ cái, nhưng hiện nay sửdụng cả hai hệ thống (chữ cái và số)

Mối quan hệ giữa chữ cái và số:

Cửa tác động cho tín hiệu từ 1 đến 2 12 Z (van 3/2)

Cửa tác động cho tín hiệu từ 1 đến 2 12 Y (van 5/2)

Cửa tác động cho tín hiệu từ 1 đến 4 14 Z (van 5/2)

Cửa tác động để ngắt nguồn 10 Y (van 5/2)

 Phương pháp điều khiển:

 Phương pháp điều khiển van khí nén tùy thuộc vào ứng dụng bao

 Nguyên tắc thiết kế sơ đồ mạch:

 Mọi chi tiết phải được thể hiện trên sơ đồ mạch ở vị trí ban đầu.Nếu van được vẽ tương ứng với vị trí chấp hành ban đầu thì nóphải được thể hiện, ví dụ như bằng một mũi tên, hay là trongtrường hợp van giới hạn hành trình thì được thể hiện bằng cam(trạng thái đang tác động)

 Hệ thống số của các thiết bị tùy thuộc vào số của nhóm công tác(như trong ví dụ dưới đây ) và theo các tiêu chuẩn sau:

CHƯƠNG III : PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH

o Biểu đồ trạng thái (sơ đồ hành trình bước) :

Trong biểu đồ trạng thái, người ta biểu diễn các phần tử trong mạch , mối liên hệgiữa các phần tử trong mạch và trình tự chuyển mạch trong phần tử

Trục toạ độ thẳng đúng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, góc quay,thời gian…).Hành trình làm việc được chia thành các bước Sự thay đổi trạng tháitrong các bước được biểu diễn bằng nét liền đậm

Để vẽ được sơ đồ hành trình bước , ta lần lượt thực hiện theo các bước sau:

 Vẽ một mắc lưới bằng các nét liền mãnh gồm có m cột dọc và n hàngngang Với m (số cột dọc bằng số bước) thực hiện các chuyển đổi của trạngthái các phần tử cơ cấu chấp hành xy lanh ; với n là số hàng ngang chính là sốcông tắc hành trình , sensor định vị khoảng dịch của các cơ cấu chấp hành

I / PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO KIỂU TUẦN TỰ :

Phương pháp này cụm điều khiển chỉ có một nguồn duy nhất Dựa vào sơ đồhành trình bước sau mỗi bước cơ cấu chấp hành sẽ tác động vào công tắc hành trình Tín hiệu này sẽ tác động vào các van điện từ sẽ đảo chiều tương ứng để thay đổi trangthái của cơ cấu chấp hành Cứ như thế quá trình được thực hiện cho đến cuối chutrình

 Vẽ các cơ cấu chấp hành, các van đảo chiều

 Vẽ tín hiệu vào (nút nhấn, công tắc), khi có tín hiệu vào sẽ làm cho cơ cấu chấphành (xilanh) dịch chuyển Đến cuối hành trình dịch chuyển sẽ tác động vàocác công tắc hình trình hoặc sensor tương ứng để sinh ra tính hiệu tiếp theo Cứtiếp tục như vậy ta tiến hành cho các bước dịch chuyển tiếp theo như hành trìnhbước của hệ thống

 Kiểm tra hiệu chỉnh

CÁC BÀI THỰC TẬP THIẾT KẾ MẠCH THEO KIỂU TRÌNH TỰ : 1/ CÁC BÀI TẬP KHÍ NÉN :

Bài 1 : Những chi tiết cần chuyển sang một dây chuyền khác bằng cách nhấn một nút nhấn,

xi lanh đi ra và thả nút nhấn xi lanh tự quay về.

Bài 2 : Các kiện hàng được di chuyển bởi băng tải và

hệ thống điều khiển như sau : Nhấn 1 nút nhấn xilanh tác

động 1 chiều đi vào nhanh để nhận hàng và sau khi kiện hàng

đã được di chuyển đi nơi khác đến cuối hành trình , xi lanh tự

đi ra chậm với thời gian 2 giây.

Bài 3 : Để uốn một tấm thép phẳng 5 x

40 thành hình L bằng cách : Nhấn đồng thời

hai nút nhấn xilanh mang đầu dập di chuyển

nhanh đi ra và dập chi tiết theo hình dạng yêu

cầu Chỉ cần thả 1 trong hai nút nhấn xilanh

4 2

5 1 3

Bài 4 : Chi tiết cần được đóng nhãn hiệu bằng cách : Chi tiết được đặt vào cơ cấu định vị,

xilanh A đi ra sẽ đưa chi tiết vào đúng vị trí cần đóng, tiếp theo đó xilanh B đi ra có mang đầu đóng

và đóng xuống chi tiết,khi đóng dấu xong, xilanh A quay về, sau đó xilanh B đi về.

S1 S2

4 2

5 1 3

2

1 3 S2

Bài 6 : Các chi tiết dạng trụ

sau khi gia công cần được kiểm tra

kích thước … được điều khiển bởi hệ

thống :

Nhấn một nút nhấn xilanh đi ra

với thời gian t 1 = 0,6 s đồng thời đẩy

chi tiết vào bộ phận kiểm tra , cuối

hành trình và chờ khoảng thời gian t 2 =

1s sau đó xilanh tự động trở về với tời

gian t 3 = 0,4 s

Chu trình được điều khiển tự

động và yêu cầu khi hết phôi để kiểm

tra thì chu trình tự dừng lại.

Bài 7 : Một tấm nhựa cần được ép hai mép lại với nhau bằng hệ thống điều khiển : Nhấn 1

nút nhấn xilanh mang đầu gia nhiệt đi ra chậm thực hiện ép nóng, lực tối đa của đầu xilanh cho phép

ở áp suất 4 bar ( với áp suất này tấm nhựa không bị hư, khi xilanh đến cuối hành trình và đạt áp suất

P = 3 bar thì xilanh tự quay về kết thúc một chu trình.

Tuy nhiên ở đây người ta muốn thực hiện chu trình tự động , nghĩa là sau khi thực hiện một chu trình, xilanh chờ một khoảng thời gian 2 giây sau đó tự động tiếp tục chu trình kế tiếp.

1 3

2

1 3 S1

2

1 3 S2

lỏng được trộn với nhau bằng hệ thống

điều khiển sau :

Nhấn 1 nút nhấn xilanh lùi về để

mang chất lỏng vào bên trong, cuối hành

trình xilanh lại tự động đi ra, khi đi ra

khoảng ½ hành trình, tác động một công

tắc hành trình thì lại tự động lùi trở vào.

Cứ như thế trong một khoảng thời gian là

5 giây xilanh sẽ đi hoàn toàn ra ngoài để

hoàn tất một chu trình.

lanh 2 đang thực hiện đi

ra mà áp suất vượt quá

mức áp suất cho phép

thì cả 2 xilanh phải

đồng thời lập tức quay

trở về.

Bài 10 : Cơ cấu cấp phôi

tự động được điều khiển bởi hệ

thống sau : Chi tiết được đưa

từng cặp đến vị trí tiện tự động.

Để thực hiện được việc này phải

sử dụng 2 xilanh chuyển động

ngược nhau Khi nhấn nút xilanh

A sẽ đi xuống cuối hành trình

đồng thời xilanh B sẽ đi lên, lúc

này chi tiết được đua đến vị tri

gia công Sau 30 giây ( thời

gian gia công ) thì xilanh A đi

lên đồng thời xilanh B đi xuống.

Quá trình có thể thực hiện 1chu

kỳ hoặc tự động chu kỳ tiếp theo

sau 1 khoảng thời gian định

trước.

5 1 3

4 2

5 1 3 Y1

5 1 3 Y2

K1 +24V

Y1 0V

4 2

5 1 3 Y2

K1

+24V

Y1 0V

Bài 1 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự A + B + A – B – bằng van 5/2 đơn.

Bài 2 : Tương tự như bài 1 nhưng có thêm nút tự động để lặp lại chu trình tiếp theo.

4 2

5 1 3 Y1

5 1 3 Y2

2 3 4

5 1 3 Y2

K4 K1

AUTO

S1

3 4

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3

S3 S4

K1 +24V

Y1 0V

5 1 3 Y1

5 1 3

K1 +24V

Y1 0V

Bài 5 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + A – B – trong đó

A dùng van 5/2 đơn và B dùng van 5/2 kép để điều khiển.

Bài 6 : Tương tự như bài 5 nhưng có thêm nút tự động để lặp lại chu trình tiếp theo.

4 2

5 1 3 Y1

5 1 3

K1 +24V

Y1 0V

8 9

6

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3

S3 S4

K1 +24V

Y1 0V

AUTO

S1

Bài 7 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + B – A – trong đó

A dùng van 5/2 đơn, B dùng van 5/2 kép để điều khiển.

4 2

5 1 3

5 1 3 Y3

K1 +24V

Y1 0V

4 2

5 1 3

4 2

5 1 3 Y3

K1

+24V

Y1 0V

AUTO

S3

Bài 9 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + A – B – trong đó

A dùng van 5/2 kép , B dùng van 5/2 đơn để điều khiển.