Truyền động thủy lực và khí nén

TR B NG I H C TH Y L C MÔN MÁY XÂY D NG BÀI GI NG TRUY N NG TH Y L C VÀ KHÍ NÉN N M 2018 L I NĨI U Mơn “Truy n đ ng th y l c khí nén” m t nh ng môn h c quan tr ng c a ch ng trình đào t o h c viên cao h c ngành K thu t c khí Bài gi ng đ c biên so n nh m đáp ng nhu c u c a h c viên cao h c khoa C khí Tr ng đ i h c Th y L i v sách tài li u chuyên ngành Bài gi ng “Truy n đ ng th y l c khí nén” g m 05 ch ng có n i dung đ c p đ n khái ni m c b n c a truy n đ ng th y khí; c u thành c a m t h th ng truy n đ ng th y khí; t ng h p phân tích h th ng truy n đ ng th y khí; h th ng u n c b n nâng cao truy n đ ng th y khí; h th ng u n servo Bài gi ng “ Truy n đ ng th y l c khí nén” s ph c v t t cho vi c h c t p, gi ng d y nghiên c u c a h c viên gi ng viên khoa C khí nói riêng sinh viên Tr ng i h c Th y L i nói chung Nhóm tác gi biên so n xin chân thành c m n b n đ ng nghi p cán b gi ng d y B môn Máy xây d ng, khoa C khí, tr ng i h c Th y L i, đ c góp ý cho tài li u Nhóm tác gi xin chân thành c m n đ c gi , b n đ ng nghi p ti p t c góp ý ki n đ tài li u ngày hoàn ch nh h n, đáp ng yêu c u h c t p nghiên c u c a b n đ c Nhóm biên so n: TS Nguy n Anh Tu n GVC Nguy n H u Tu n M CL C CH 1.1 M NG GI I THI U CHUNG U 05 1.1.1 K thu t truy n đ ng th y khí 05 1.1.2 07 u m c a k thu t th y khí 1.1.3 Các ng d ng c a k thu t th y khí 09 1.1.4 Các ph n t c a m t h th ng truy n đ ng th y khí 13 1.2 TÍNH CH T C A CH T L NG VÀ CH T KHÍ 15 1.2.1 Mơ đun đàn h i 17 1.2.2 Tính nh t 18 1.2.3 Ch s đ nh t 23 1.3 CỄC NH LU T, PH NG TRỊNH C B N 26 1.3.1 S khu ch đ i l c (đ nh lu t pascal) 27 1.3.2 B o toàn n ng l ng 30 1.3.3 Ph ng trình liên t c 31 1.3.4 Ph ng trình bernoulli 32 1.3.5 nh lý torricelli 35 1.3.6 Dòng ch y t ng ch y r i 36 1.3.7 S reynolds 38 1.3.8 Ph 39 ng trình darcy 1.3.9 T n th t ma sát dòng ch y t ng 40 1.3.10 T n th t ma sát dòng ch y r i 40 1.3.11 T n th t van đ u n i 42 CH NG H TH NG TRUY N NG TH Y KHÍ 2.1 GI I THI U CHUNG 43 2.2 B M TH Y L C 43 2.2.1 Lý thuy t v b m 45 2.2.2 Phân lo i b m 46 2.3 XI LANH TH Y L C 55 2.3.1 Các đ c tính làm vi c c a xy lanh th y l c 56 2.3.2 Các ki u l p xy lanh liên k t c khí 58 2.3.3 L c, v n t c công su t xy lanh 59 2.4 MÔ T 61 TH Y L C 2.4.1 ng c th y l c quay h n ch 62 2.4.2 ng c bánh r ng 64 2.4.3 ng c cánh g t 65 2.4.4 ng c piston 67 2.5 CÁC PH N T 2.6 CỄC PH C B N 68 NG PHỄP I U CH NH V N T C C C U CH P HÀNH73 2.6.1 Ph ng pháp th tích 73 2.6.2 Ph ng pháp ti t l u 74 2.6.3 Các c u hình đ c bi t 75 2.7 CỄC PH NG PHỄP NG B C C U CH P HÀNH 79 2.7.1 ng b b ng B m th y l c đ ng tr c có đ ng c : 79 2.7.2 ng b b ng ti t l u 79 2.7.3 ng b s d ng m ch c u 80 2.7.4 ng b s d ng moto 80 2.7.5 ng b dùng B m chia l u l 2.7.6 ng b van t l , van servo CH ng 80 81 NG T NG H P VÀ PHÂN TÍCH TRUY N 3.1 GI I THI U CHUNG 3.2 CÁC M CH TH Y L C C NG TH Y KHÍ 83 B N 84 3.2.1 M ch xy lanh tái t o 84 3.2.2 H th ng th y l c b m kép 86 3.2.3 ng d ng c a van ch ng r i 87 3.2.4 M ch ho t đ ng trình t c a xy lanh th y l c 87 3.2.5 H th ng chuy n đ ng qua l i t đ ng c a xy lanh 88 3.2.6 S d ng van m t chi u có u n đ khóa xy lanh 89 3.2.7 M ch đ ng b xy lanh 89 3.2.8 M ch an toàn 91 3.2.9 H th ng hãm đ ng c th y l c 92 3.2.10 M ch khí d u (air-over-oil) 93 3.2.11 H th ng tr đ ng th y-c 93 3.2.12 i u n xy lanh tác đ ng hai chi u b ng van phân ph i đóng m b ng khí nén 94 3.2.13 H th ng u n chu k ho t đ ng c a xy lanh theo th i gian 95 3.2.14 H th ng u n hai t c đ ti n 95 3.2.15 H th ng u n b ng hai tay đ đ m b o an toàn 96 3.2.16 H th ng u n mơ t khí nén 97 3.2.17 S gi m t c đ cho xy lanh khí nén CH 97 NG H TH NG I U KHI N TRUY N NG TH Y KHÍ 4.1 GI I THI U CHUNG I U KHI N C 4.2 CÁC PH N T 4.3 M T S 99 B N M CH I U KHI N C B N 4.3.1 i u n xylanh s d ng công t c hành trình đ n 99 104 104 4.3.2 Chuy n đ ng qua l i c a xylanh s d ng công t c áp su t ho c công t c hành trình 105 4.3.3 M ch ph i h p hai xylanh 107 4.3.4 H th ng phân lo i h p 108 4.3.5 i u n n cho m ch tái sinh 110 4.3.6 B đ m, b đ m th i gian s chuy n đ ng qua l i c a xy lanh th y l c 111 4.4 H TH NG IểU KHI N LOGIC 112 4.4.1 Gi i thi u chung 112 4.4.2 H th ng u n MPL 114 4.4.3 118 ng d ng MPL m ch u n th y khí 4.4.5 Gi i thi u v đ i s boole CH 120 NG H TH NG I U KHI N SERVO 5.1 GI I THI U CHUNG 127 5.2 CÁC LO I VAN SERVO 127 5.2.1 Van servo th y c 127 5.2.2 Van servo n th y l c 127 5.3 CÁC THÀNH PH N C A H TH NG SERVO I N-TH Y 133 5.4 TÍNH TỐN H TH NG SERVO I N-TH Y 136 CH NG GI I THI U CHUNG 1.1 M U 1.1.1 K thu t truy n đ ng th y khí K thu t truy n đ ng th y khí l nh v c công ngh liên quan đ n vi c t o ra, u n, truy n n ng l ng b ng ch t l ng ch t khí có áp su t cao Ng i ta nói r ng k thu t truy n đ ng th y khí s c m nh làm chuy n đ ng ngành công nghi p S d nói nh v y b i k thu t truy n đ ng th y khí đ c ng d ng đ t o l c đ y, kéo, u n ho c d n đ ng h u nh t t c lo i máy c a công nghi p hi n đ i Ví d , h th ng lái phanh tơ, phóng tàu v tr , di chuy n đ t, thu ho ch mùa màng, khai thác than, d n đ ng máy công c , u n máy bay, ch bi n th c n, th m chí c hàn r ng y t Trong th c t h u nh khơng th tìm th y m t s n ph m ch t o máy mà không liên quan đ n k thu t truy n đ ng th y khí b ng cách m t giai đo n q trình s n su t ho c phân ph i Hình 1-1 C a xích d n đ ng b ng th y l c K thu t truy n đ ng th y khí đ c g i k thu t th y l c môi ch t công tác ch t l ng đ c g i k thu t khí nén mơi cơng tác ch t khí Vì v y k thu t truy n đ ng th y khí thu t ng chung dùng cho c th y l c khí nén Các h th ng th y l c dùng ch t l ng nh d u m , d u t ng h p, n c Ch t l ng th y l c đ u tiên đ c dùng n c có s n Tuy nhiên, n c có nhi u nh c m Nó d đơng đ c l nh, bơi tr n kém, có xu h ng làm g b ph n b ng kim lo i D u th y l c t t h n nhi u đ c s d ng r ng rãi thay cho n c Các h th ng khí nén s d ng khơng khí nh mơi ch t khơng khí r t d i d x vào khí quy n sau làm vi c Có hai lo i h th ng th y khí: h th ng v n t i h th ng truy n đ ng th y khí Các h th ng v n t i th y khí ch có nhi m v v n chuy n ch t l ng ch t khí t n i đ n n i khác đ th c hi n m c tiêu Ví d nh tr m b m c p n c n, đ ng ng v n chuy n khí đ t t i cho h gia đình h th ng x lý hóa h c thành ph n hóa h c đ c d n đ n t đ a m khác đ tác đ ng v i Các h th ng truy n đ ng th y khí đ c thi t k đ c bi t đ th c hi n công Công đ c th c hi n b i ch t l ng cao áp tác d ng tr c ti p lên xy lanh ho c mô t th y khí Xy lanh th y khí sinh m t l c d n đ n s chuy n đ ng th ng t nh ti n, ng c l i m t mô t th y khí sinh m t mơ men xo n d n đ n chuy n đ ng quay Vì v y, m t h th ng truy n đ ng th y khí, xy lanh mơ t (g i c c u ch p hành) t o l c đ th c hi n m t công mong mu n T t nhiên, c ng c n ph i có thêm ph n t u n khác nh van đ đ m b o r ng công đ c th c hi n d dàng, xác, hi u qu an toàn Các ch t l ng m t môi ch t r t c ng v ng đ truy n cơng su t th có th ho t đ ng d i áp su t cao đ sinh l c mô men xo n r t l n d n đ ng t i v i đ xác r t cao Hình 1-1 mơ t m t c a xích d n đ ng b ng th y l c r t lý t ng đ c t t a l n t b đ ng cao c ng nh công vi c c t b khác Các c a xích th ng đ c công nhân n làm vi c d c theo đ ng t i n s d ng chúng nh , tin c y, khơng n an toàn h n c a dùng ngu n n ng l ng x ng d u C a xích dùng đ ng c th y l c bánh r ng có t ng tr ng l ng 6,7lb Nó ho t đ ng v i l u l ng t đ n 8gpm áp su t t 1000 đ n 2000psi Hình 1-2 Bàn tay k x o đ n b ng khí nén c u Ng c l i, h th ng khí nén có đ c tính dao đ ng tính nén đ c c a ch t khí Tuy nhiên, ch t o v n hành h th ng khí nén r h n H n n a, có nhi u ph ng pháp đ u n s ho t đ ng c a c c u ch p hành khí nén d n đ ng t i Vì v y h th ng khí nén dùng có hi u qu n i c n áp su t th p d n đ ng t i không yêu c u l c l n Hình 1-2 mơ t bàn tay khéo léo đ c u n b ng khí nén Bàn tay đ c thi t k đ nghiên c u s khéo léo c a tay máy thao tác c a ng i ng d ng nh ng i máy kh n ng xúc giác Các c c u ch p hành khí nén t o cho bàn tay kh n ng c m n m thao tác nh bàn tay ng i Các đ c tính ho t đ ng ch y u bao g m t c đ cao vi c th c hi n đ ng tác, s c m nh đ d dàng c m v t có kích th c l n có t tr ng l c u n c m n m khác Bàn tay có ba ngón m t ngón đ i di n M i kh p đ c b trí hai c c u ch p hành khí nén (đ c đ t m t h p) d n đ ng qua dây kéo có đ b n cao 1.1.2 u m c a k thu t th y khí Có ba ph ng pháp c b n đ truy n n ng l ng: n, c khí, th y khí H u h t ng d ng s d ng k t h p c ba ph ng pháp đ có đ c h th ng có hi u su t cao nh t xác đ nh xem dùng ph ng pháp thích h p c n ph i bi t đ c tr ng n i b t c a m i lo i Ví d : h th ng th y khí có th truy n cơng su t m t cách kinh t kho ng cách l n h n lo i truy n đ ng c khí, nh ng l i ng n h n nhi u so v i h th ng truy n đ ng n Bí quy t v thành cơng ng d ng r ng rãi c a k thu t truy n đ ng th y khí tính linh ho t d u n c a H th ng truy n đ ng th y khí khơng b c n tr b i hình d ng hình h c c a máy móc nh h th ng c khí N ng l ng c ng có th đ c truy n đ l n b t k h th ng th y khí khơng b gi i h n b i h n ch v t lý c a v t li u nh h th ng n Ví d : đ c tính c a nam châm n b h n ch b i gi i h n bão hòa t thơng c a thép Cơng su t truy n c a h th ng th y khí ch b h n ch b i đ b n c h c c a v t li u (nh thép) dùng cho m i ph n t Công nghi p ph thu c ngày nhi u vào vào k thu t t đ ng hóa đ t ng n ng su t i u bao g m u n t xa u n tr c ti p ho t đ ng s n xu t, quy trình ch t o máy v n chuy n v t li u K thu t truy n đ ng th y khí r t thích h p cho ng d ng t đ ng hóa có b n u m c b n sau: Hình 1-5 Ho t đ ng b ng th y l c c a bánh xe m i máy bay (1) i u n d dàng xác B ng vi c dùng c n g t nút n nên ho t đ ng c a h th ng th y khí d kh i đ ng, d ng, t ng ho c gi m t c đ , v trí l c đ t o nên công su t mong mu n v i dung sai ch kho ng 1/1000 inch Hình 1-5 mô t h th ng truy n đ ng th y khí cho phép phi cơng nâng ho c h m i máy bay Khi phi công u ch nh c n g t nh c a m t van u n theo m t chi u, d u có áp ch y đ n m t đ u c a xy lanh đ h ti p đ t co bánh v ng i phi công g t c n van theo chi u ng c l i, cho phép d u ch y vào đ u c a xy lanh (2) Khu ch đ i l c M t h th ng th y khí (khơng s d ng bánh r ng, puli tay đòn c ng k nh) có th t ng l c lên nhi u l n m t cách đ n gi n hi u qu t m t vài ch c gam lên hàng tr m t n đ u Hình 1-6 mơ t m t ng d ng n i c n d n đ ng có cơng su t r t l n đ v n chuy n nh ng khúc g to Trong tr ng h p này, m t bàn quay đ c d n đ ng b ng m t đ ng c th y l c, có th mang t i 20.000 lb v i bán kính 10-ft, t ng ng v i mơ men quay 200.000lb.ft u ki n ho t đ ng khó kh n Hình 1-6 Bàn quay đ c d n đ ng b ng th y l c đ v n chuy n khúc g l n (3) L c hay mô men không đ i Ch có h th ng truy n đ ng th y khí m i có kh n ng cung c p l c hay mô men không đ i không ph thu c vào s thay đ i v n t c i u đ c th c hi n dù công đ di chuy n m t vài inch m t gi , hay vài tr m inch m t phút, m t vài vòng quay m t gi , hay hàng ngàn vòng quay m t phút Hình 1-7 mơ t m t ng d ng h i d ng h c liên quan đ n th m dò phát tri n ngu n l i c a đ i d ng l i ích c a nhân lo i i u quan tr ng ng i u n trì m t l c gi c đ nh thông qua vi c u n tay n m Hình 1-7 ng d ng truy n đ ng th y khí h i d ng h c Hình 1-8 H th ng u n lái b ng truy n đ ng th y khí cho xe v n chuy n ) (4) n gi n, an toàn, kinh t Nói chung, h th ng th y khí s d ng b ph n h n so v i h th ng n c khí Vì v y, b o d ng v n hành chúng đ n gi n h n i u làm t ng đ an toàn, nh g n, tin c y Hình 1-8 mơ t m t h th ng u n lái đ c thi t k cho xe v n t i C m lái (g n v i tr lái ch Hình 1-8) bao g m m t van phân ph i u n b ng tay m t ti t l u m t v Vì c m lái đ c k t n i hoàn toàn b ng ch t l ng nên liên k t c khí, n i tr c nhi u chi u, tr c, h p gi m t c v.v…b lo i b i u làm cho h th ng nh g n đ n gi n H n n a, h th ng u n lái yêu c u mô men xo n r t nh Các l i ích khác c a h th ng th y khí chuy n đ ng đ o chi u nhanh, t đ ng b o v ch ng l i t i, u n vô c p v n t c Các h th ng th y khí c ng có t s cơng su t tr ng l ng cao nh t ngu n n ng l ng bi t Nh c m c a k thu t truy n đ ng th y khí M c dù có nhi u u m nh trên, k thu t truy n đ ng th y khí c ng có nh ng h n ch ng d ng Ví d , d u th y l c d gây b n, rò r khơng th tránh kh i ng ng th y l c có th v , làm b th ng cho ng i tia d u t c đ cao m u kim lo i n u thi t k không h p lý Làm vi c lâu dài tình tr ng ti ng n kéo dài, nh phát t b m có th d n đ n m t thính giác H u h t d u th y l c c ng có th gây cháy n u rò r d u x y vùng khí h u nóng Trong h th ng khí nén, b ph n nh bình ch a khí nén bình tích n ng có kh n ng b n n u áp su t làm vi c t ng v t gi i h n an tồn Vì v y m i ng d ng ph i đ c nghiên c u k l ng toàn di n đ xác đ nh u ki n cho h th ng làm vi c t t nh t 1.1.3 Các ng d ng c a k thu t th y khí d M c dù đ a m t s ng d ng c a k thu t truy n đ ng th y khí, ví d b xung i s mơ t đ y đ h n vi c s d ng r ng rãi c a chúng hi n (1) K thu t truy n đ ng th y khí d n đ ng xe cáp treo: H u h t xe n treo cao yêu c u m t dây cáp kéo đ di chuy n lên ho c xu ng d c Tuy nhiên, xe treo cao ch 22 hành khách đ c truy n đ ng u n b ng th y l c nh mơ t Hình 1-9 u có m t khơng hai Nó t đ y di chuy n m t dây cáp c đ nh, ng i v n hành có th d ng, kh i đ ng, đ o chi u b t k m t xe m t cách hoàn toàn đ c l p v i xe khác h th ng T h p c a d n đ ng xe ch y cao g m m t b m (đ c d n đ ng b ng m t đ ng c x ng xy lanh tiêu chu n), cung c p ch t l ng cao áp t i mô t th y l c M i mô t d n 15 14 13 12 11 10 1.C c n trên; ng đàn h i; T m ch n; C c n d i; Thanh ph n h i; C a cho dòng vào; 7.Áp su t ngu n; 8.N i v i c c u ch p hành; 9.N i v b ; 10 N i v i c c u ch p hành ; 11 B l c; 12 Con tr t; 13 Vòi phun; 14 Cu n dây ; 15 Khung l c; 16 lõi t Hình 5-11: Ti t di n ngang c a van servo n-th y l c H th ng c a Hình 5-11 m t h th ng servo m ch kín nh m t thi t b ph n h i g n li n v i c c u ch p hành Thi t b ph n h i ho c chuy n đ ng th ng ho c quay nh Hình 5-9 đ đo v trí t c đ c a piston chuy n thành tín hi u n t ng ng Tín hi u đem so sánh v i tín hi u vào N u tín hi u khơng dúng v i tín hi u vào b cơng s t o m t tín hi u sai s Tín hi u sai s đ c khuy ch đ i cung c p cho đ ng c đ ch nh s v trí v n t c c a h th ng nh m tri t tiêu sai l ch Do đó, đ xác c a h th ng khơng ph thu c vào y u t bên h th ng s thay đ i nhi t đ , áp su t B chuy n đ i v trí chuy n đ ng th ng ho c chuy n đ ng quay v n ph i t l v i v trí đo B chuy n đ i thông d ng th ng dùng m t bi n tr , t l n tính v i chuy n đ ng quay Hình 5-13 cho th y m t bi n tr g n v i b ph n chuy n đ ng c a máy Tín hi u v trí đ c l y thơng qua v trí ch y c a biên tr m t đ u c a M t b u n n t o tín hi u u n (Hình 5-9) có th m t mơ đun u n b ng tay nh Hình 5-14 Thang chia đ đ c th hi n v trí ho c v n t c c a c c u ch p hành th y l c Ng i v n hành s đ t c n u n v trí ho c m c v n t c mong mu n 134 Hình 5-12: Máy đo v n t c/m y phát n m t chi u Hình 5-13: Bi n tr đo tín hi u ph n h i quay Hình 5-14: C m u n t xa b ng 135 5.4 TÍNH TỐN H TH NG SERVO I N-TH Y S đ kh i c a m t ph n t đ n: Phân tích h th ng servo đ c th c hi n b ng cách s d ng s đ kh i m i thành ph n đ c mô t b i m t kh i Hình ch nh t S đ kh i mơ t m t ph n t m t Hình ch nh t nh t th hi n nh sau: G Tín hi u vào G hàm truy n c a ph n t đ Tín hi u c đ nh ngh a b i t s gi a tín hi u tín hi u vào G = hàm truy n = tín hi u / tín hi u vào (5-1) Ví d , s đ kh i c a m t máy b m cho nh sau, tín hi u vào t c đ N (V/ph) tín hi u ta la l u l ng (l/ph) N u b m có l u l ng 10 l/ph ch y t c đ 2000 v/ph hàm truy n là: Gf  10 Q   0,005 (l/ph)/(V/ph) N 2000 S đ kh i t ng quát c a toàn h th ng: S đ kh i cho m t h th ng servo kín đ c ch Hình 5-15 Kh i G th hi n hàm truy n t ng c a toàn h th ng gi a tín hi u sai s tín hi u Hàm truy n t ng th ng g i hàm truy n m ch b i n m đ ng d n Kh i H th hi n hàm truy n ph n h i gi a tín hi u b c ng Hàm truy n th ng đ c g i hàm truy n liên h ng c b i n m m ch d n tín hi u ph n h i T ng c a tín hi u vào tín hi u ph n h i âm cho hi n tín hi u sai s M t tham s quan tr ng khác c a h th ng servo hàm truy n m , đ c đ nh ngh a b i hàm truy n t tín hi u sai s t i tín hi u ph n h i; Do đó, tích c a hàm truy n m ch hàm truy n m ch ph n h i: Hàm truy n m ch h = GH Hàm truy n m ch kín đ (5-2) c đ nh ngh a t s gi a tín hi u c a h th ng tín hi u: Hàm truy n m ch kín = Tín hi u c a h th ng / tín hi u vào c a h th ng (5-3) C ng có th ch r ng hàm truy n m ch kín b ng hàm truy n m ch chia cho bi u th c b ng c ng v i tích c a hàm truy n m ch hàm truy n m ch ph n h i: Hàm truy n m ch kín  G  GH (5-4) B c ng Tín hi u vào Tín hi u Tín hi u sai s Tín hi u ph n h i Hình 5-15: S đ kh i c a m t h th ng kín 136 Nh v y ta có: HT m ch kín = HT m ch / (1 + Hàm truy n m ch h ) s ch ph n tín hi h iđ l nh (5-5) T n s tr ng thái chuy n ti p: M i thành ph n c a m t h th ng servo t o m t m pha c ng nh gi m biên đ i v i tín hi u vào hình sin (có th dùng đ xác đ nh ng v i t n s c a h th ng servo), n u hàm truy n m ch h l n h n 1, l ch pha t u vào đ n tín hi u ph n h i 180°, h th ng s khơng n đ nh B i tín hi u ph n ng pha v i tín hi u vào d ng sóng hình sin s t o dao đ ng v i biên đ l n h n n cho t i h th ng b phá v ho c có tác đ ng phòng ng a Tín hi u vào Th i gian Tín hi u Tín hi u mong mu n Th i gian đ t đ c kho ng 1% c a tín hiêu mong lu n Th i gian Tín hi u Biên đ dao đ ng khơng đ i Tín hi u mong mu n Th i gian Hình 5-16: Tín hi u chuy n ti p n đinh không n đ nh (a) Tín hi u vào, (b) Tín hi u n đ nh, (c) tín hi u khơng n đ nh Hình 5-16 (b) (c) ch tr ng thái chuy n ti p n đ nh không n đinh c a h th ng servo t ng ng tín hi u vào tín hi u nh y v t c p đ n v Hình 5-17 (a) mơ t tín hi u vào n áp không đ i tác đ ng t i t = đ có tín hi u mong mu n Quan sát chúng 137 c h th ng n đ nh c ng có u ch nh quá, dao đ ng đ u nhanh chóng gi m ti n t i tr ng thái n đ nh mong mu n H th ng không n đ nh m t mô t l p l p l i dao đ ng khơng t t Và đó, tr ng thái mong mu n đ u không bao gi đ t đ c S đ kh i chi ti t c a tồn h th ng: Hình 5-17 ch m t s đ kh i chi ti t c a m t h th ng u ch nh v trí n-th y l c m ch kín Các thành ph n m ch bao g m b khu ch đ i, van servo xy lanh thu l c Hàm truy n c a m i thành ph n đ c quy đ nh nh sau: G A = hàm truy n c a b khu ch đ i (nA/V) GSV = hàm truy n c a van servo (in3/s)/mA Gcyl = hàm truy n c a xy lanh (in/in3) H = hàm truy n c a b chuy n đ i ph n h i (V/in) Hàm truy n h có th đ c xác đ nh b i tích hàm truy n; Hàm truy n h = GH  G A.GSV G xyl H  mA in / s in V  V mA in A s (5-6) Vì v y, v i m t v trí c a h th ng, đ n v c a vòng m hàm thu n ngh ch c a th i gian B c ng Khuy ch đ i V Tín hi u vào Servo van Xy lanh T i V V B chuy n đ i Hình 5-17: S đ kh i chi ti t c a h th ng n-th y l c kín u n v trí B u n logic kh trình (PLC): PLC m t m t máy tính n t d s d ng đ c thi t k đ th c hi n hàm logic nh AND, OR, NOT ki m soát ho t đ ng c a thi t b công nghi p trình ho t đ ng PLC, đ c s d ng thay cho r -le n, bao g m nh ng ph n t logic tr ng thái r n, cho quy t đ nh logic cung c p k t qu đ u t ng ng Không gi ng nh máy tính v n n ng, PLC đ c thi t k đ ho t đ ng công nghi p, môi tr ng nhi t đ đ m cao Ngoài ra, PLC đ c thi t k không b nh h ng b i ti ng n n gây th ng th y t i nhà máy công nghi p 138 Hình 5-18: B u n logic kh trình (PLC) Hình 5-18 mơ t m t b PLC thi t k đ th c hi n nhi u nhi m v t đ ng hóa khác B PLC cung c p cho ng i s d ng d ch v thân thi n, t cài đ t đ x lý h h ng b o trì Kích th c nh g n c a (3,1x5,1x2,4in) cho phép đ c g n tr c ti p vào b ng u n PLC cung c p nh ng u m n i tr i so v i h th ng u n n-c r -le nh sau: i n-c r -le ph i n i v i b ng dây d n c ng đ th c hi n ch c n ng c th Vì v y, yêu c u thay đ i ho t đ ng c a h th ng, ph i l i đ ng dây n i r le PLC ho t đ ng tin c y nhanh h n Nó có kích th Nó c n n ng l c nh h n có th d dàng m r ng h n ng n t n cho m t s ch c n ng u n Các c m c a m t PLC Nh Hình 5-19, PLC m t bao g m ba c m sau đây: B x lý trung tâm (CPU) T ng tr ng cho “b não" c a PLC Nó ch a m t m ch vi x lý v i m t b nh c đ nh m t b nh thay đ i đ c B nh c đ nh ch a ch ng trình đ c thi t l p b i nhà s n xu t Nó đ c thi t l p b i h p nh t vi m ch chip (IC) đ c g i b nh ch đ c (ROM) b nh khơng th thay đ i q trình ho t đ ng ho c b m t CPU m t n B nh đ ng đ c l u tr vi m ch chip (IC) có th đ c l p trình thay đ i b i ng i s d ng B nh đ c 139 c t gi vào chip (RAM) thông tin đ c l u tr chip RAM (b nh n m t Nói chung, CPU nh n d li u đ u vào t c m bi n c a thi thi t b chuy n m ch, th c hi n c t gi ch ng trình, cung c p nh t ng ng t i thi t b ki m soát t i khác nh cu n dây r -le cu Tín hi u vào t thi t b đo Mơ đun tín hi u vào CPU t c th i) s b m t t b khác nh ng tín hi u đ u n dây n Mơ đun tín hi u Thi t b ch p hành Ch ng trình, Hình (PM) Hình 5-19: S đ kh i c a m t PLC Các PLC c a Hình 5-18 l u ch ng trình c a ng i s d ng b nh không th m t đ t ng t đ c cho an tồn Vì v y, khơng c n thi t ph i có pin d phòng đ ng n ng a m t mát c a ch ng trình c a ng i s d ng n u n b m t n 2, Ch ng trình / mƠn Hình (PM) Nó cho phép ng i dùng nh p ch ng trình mong mu n vào b nh RAM c a CPU Các ch ng trình, đ c nh p theo logic b c thang, xác đ nh trình t ho t đ ng c a h th ng th y l c đ c ki m soát PM c n ph i đ c k t n i v i CPU ch nh p ho c giám sát ch ng trình L p trình đ c th c hi n b ng cách nh n phím bàn phím c a PM PM giám sát có th m t thi t b c m tay v i m t đèn phát sáng(LED) ho c thi t b máy tính đ bàn v i m t hình hi n th (CRT) Hình 5-20 cho th y b ng giao di n u n bàn phím t xa đ c dùng cho PLC c a Hình 5-18 B ng bàn phím u n t xa cung c p cho thao tác viên kh n ng t ng tác v i PLC th i gian cài đ t ho t đ ng c a máy Nó có m t hình đ phân gi i cao v i m t góc nhìn r ng đ l u gi nh ng thơng báo Cái bàn phím cho phép nhà u hành đ ch y ch ng trình liên t c ho c theo ki u t ng b c m t, giám sát t t c ch c n ng th i gian th c, so n th o ho c u ph i ch ng trình, ch ng trình in xu t ngu n ch ng trình Hình 5-21 cho th y m t ng d ng c a PLC này, c a vào c a ô tô đ c l p ráp b ng cách s d ng m t h th ng k p khí nén 140 Hình 5-20: B ng u n t xa cho PLC Hình 5-21: ng dung c a PLC dây truy n l p ráp ô tô Mô đun vƠo/ra (I/O): mô đun giao di n gi a h th ng th y l c thi t b c m bi n đ u vào, đ u CPU M c đích c a mô đun I / O đ bi n đ i tín hi u khác nh n đ c ho c đ c hay g i đ n h th ng th y l c t thi t b giao di n nh : núm nh n công t c, công t c áp su t, công t c h n ch hành trình, r -le c a cu n dây mô t , cu n n t đèn ch th Nh ng thi t b giao di n n i v i b ng dây d n c ng đ i v i thi t b đ u cu i c a mơ đune I / O PLC c a Hình 5-18 ch a m t m nh 16-bit, b x lý 20-MHz a nhi m lên đ n 64 ch ng trình cho phép ng i dùng chia nhi m v ki m sốt d qu n lý Nh Hình 5-18 PLC ch a 12 đ u vào đ u ra, m i m t s đ c theo dõi b i diode phát sáng 141 (light-emitting ) PLC có th đ c l p trình hóa (off-line) m t s đ logic thang s d ng m t vi máy tính nh Hình 5-22 Kh n ng bao g m vi c t o d án, ch nh s a ch ng trình, t i tài li u H th ng cho phép ng i s d ng đ giám sát q trình ki m sốt th i gian ho t đ ng cung c p thông tin l p t c v tình tr ng c a nh ng thi t b b m gi , máy đ m, đ u vào đ u Hình 5-22 l p trình off-line cho PLC s d ng máy tính cá nhân PLC u n m t xi lanh th y l c cho th y m t PLC ho t đ ng, nhìn vào h th ng Hình 5-23, cho th y s ki m soát c a m t xi lanh thu l c b ng cách s d ng m t công t c gi i h n nh t i v i h th ng này, dây n i mơdun tín hi u vao hi n v t hình 5-24 (a) (b), t ng ng L u ý r ng có ba c m bi n thi t b đ u vào s đ c k t n i v i mô đun đ u vào m t thi t b u n thi t vi ra/ t i đ đ c k t n i v i mô-đun đ u Các r -le n không bao g m s đ k t n i I / O b i ch c n ng c a đ c thay th b i m t u n PLC bên r -le 142 Hình 5-23: i u n xy lanh th y l c b ng m t công t c gi i h n nh t Các s đ logic b c thang PLC s đ c xây d ng l p trình b nh c a CPU Hình 5-25 (a) L u ý r ng cách b trí c a s đ b c thang PLC [Hình 5-25 (a)] c ng t ng t nh cách b trí c a r -le c ng có dây s đ b c thang (Hình 5-23) Hai ngang c a s đ b c thang r -le đ c chuy n đ i đ n hai ngang c a s đ logic thang PLC Nh ng s đ c s d ng I / O k t n i s li u t ng t đ c s d ng đ xác đ nh thi t b n s đ PLC logic thang Các kí hi u đ i di n cho m t t p h p đóng ti p xúc ký hi u đ i di n cho m t b đ a ch m Các bi u t ng - () - v i s l ng 030 đ i di n cho cu n dây r -le mà u n hai b đ a ch liên l c v i s 030, đ a ch b nh bên r -le Các cu n dây r -le hai b đ a ch liên h c a đ c l p trình nh bên Các bi u t ng - () - v i s l ng 010 đ i di n cho dây cu n n 143 Hình 5-24: S đ n i I/O PLC m t thi t b s hóa ho t đ ng d a ba hàm c b n: AND, OR NOT M i thang c a ch ng trình b c thang đ c th hi n b ng ph ng trình Boolean S đ logic b c thang c đ nh có th đ c thay đ i b ng cách s a đ i thành ph n n có dây Tuy nhiên, s đ logic b c thang cho PLC đ c l p trình d dàng thay đ i Hình 5-25 (b) cho th y s đ logic b c thang PLC c a Hình 5-25 (a) v i nh ng ch hoa đ c s d ng đ đ i di n cho m i thành ph n n V i nh ng ch hoa t ng ng, ph ng trình logic có th đ c vi t cho m i ngang nh sau: N c thang cùng: A.( B  C ).D  E Ph ng trình có ngh a là: NOT A AND (B OR C) AND NOT D = E Nó có th c ng đ c phát bi u nh sau, l u ý r ng tr ng thái t t tr ng thái m : E đ c c p n ng l ng A NOT đ c đ y AND B OR C đ c đ y AND D MOT đ c đ y 144 Hình 5-25: s đ logic b c thang c a PLC N c thang cu i F=G Gđ c c p n ng l ng F đ c đ y K t s d ng s đ logic b c thang cho PLC, vi c chuy n đ i t tín hi u n r le thành l p trình logic r t d dàng đ th c hi n M i ngang ch a thi t b k t n i t trái sang ph i v i thi t b cho đ n đ c đ u Cái thi t b đ c k t n i ti p ho c song song đ t o k t qu logic mong mu n PLC l p trình nh v y, có th d dàng th c hi n đ cung c p kh n ng ki m soát nh mong mu n cho m t h th ng th y l c c th i u n PLC cho h th ng Servo n-th y l c Hình 5-26 cho th y m t u n PLC cho servo n-th y l c n tính đ c thi t k đ di chuy n n p v trí nhanh chóng, thơng su t, xác Nh Hình 5-27, bao g m b ch p hành, c u Hình c b n c a nó, m t xi lanh servo thu l c (v i b bi n n ng n t g n s n) n i v i servo van n-th y l c u n n t đ thành l p m t t ng h p chi ti t Nh s đ kh i Hình 5-28, u n n t ki u chu trình kín, chu trình l p trình có kh n ng t o l nh tham chi u tín hi u i n Hình cho ng d ng h th ng bao g m t m kim lo i đ m u n cong, nâng x lý c khí, radar h th ng u n truy n thông, máy ép th i, máy cơng c , máy móc di đ ng 145 Hình 5-26: PLC u n xy lanh servo n-th y l c Hình 5-27: M t c t c a PLC u n xy lanh servo n-th y l c 146 PLC Giao di n ho c b u n logic n t H th ng th y l c n th y ng d ng C m bi n (tùy ch n) M ch n t m ch kín V u Xy lanh n Van c m bi n Ph n h i v trí v n t c Tín hi u sai l ch C m bi n v trí C m bi n áp su t Ph n h i áp su t (tùy ch n) Hình 5-28 S đ kh i c a PLC u n xy lanh servo n-th y l c PLC u n h th ng b c x p ô tô lên xe ch Hình 5-29 cho th y m t ng d ng m t h th ng robot n-th y l c đ c s d ng đ t i xe lên xe v n chuy n Ch t o xe v n chuy n giúp v n chuy n khó c n gi an tồn H th ng v t qua t t c nh ng v n đ nêu ó m t xe v n chuy n ho t đ ng khép kín nh h th ng n-th y l c đ nâng chi c xe ô tô lên đ t vào thùng xe Cơng vi c đ c th c hi n v i cánh tay rô b t đ t ngang b ng v i thành xe đ đ a vào bên xe M t robot v n chuy n d c ngang d c d i mái c a xe Robot v n chuy n đ n v trí đ nh đ t lên nh ng ch t t đ ng ch ng l c l Tám xy lanh th y l c đ c k t l i, ch huy b i m t vi máy tính tích phân đ c l p trình hóa đ th c hi n nhi m v mong mu n Bàn phím k t n i v i h th ng n-th y l c thơng qua m t phích c m Thao tác viên, đ ng bên c nh, có th yêu c u đáp l i hoàn toàn t đ ng t l c nâng Chuy n đ ng t ng b c m t nh thang máy nghiêng v phía tr c Cân đơi h ng u ch nh c a van đ u ch nh dòng ch y thu l c t i m i xy lanh Tín hi u n t i van đ c x lý nh máy tính cá nhân đ u n t ng t c gi m t c c a h th ng 147 Vi s lý K n K n K n Van Xy lanh s c p; xy lanh th c p Hình 5-29: PLC u n h th ng b c x p ô tô lên xe ch 148 ... khí nén Các h th ng khí nén có thành ph n t ng t nh ph n c b n c n thi t cho h th ng khí nén nh sau: h th ng th y l c Sáu thành M t bình khí đ ch a m t th tích khí nén nh t đ nh M t máy nén khí. .. n khí nén t v trí đ n v trí khác Hình 1-18 mơ t m t b truy n đ ng khí nén đ y đ v i v i bình ch a khí nén, máy nén khí, đ ng c n, ph n t khác nh lo i van, đ ng ng đ ng h Trong h th ng khí nén, ... ng khí nén s d ng khơng khí nh mơi ch t khơng khí r t d i d x vào khí quy n sau làm vi c Có hai lo i h th ng th y khí: h th ng v n t i h th ng truy n đ ng th y khí Các h th ng v n t i th y khí