giáo trình thủy lực khí nén

                 ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Mục lục MỤC LỤC Lời mở đầu Mục lục PHẦN I : ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Sơ lược hệ thống điều khiển khí nén thủy lực 1.2 Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực 1.2.1 Hệ thống khí nén 1.2.2 Hệ thống thủy lực 1.3 Phạm vi ứng dụng điều khiển khí nén & thủy lực công nghiệp 1.3.1 Ứng dụng hệ thống khí nén 1.3.2 Ứng dụng hệ thống thủy lực 1.4 Đơn vò đo đại lượng 1.4.1 Áp suất 1.4.2 Lực 1.4.3 Công 1.4.4 Công suất 1.4.5 Độ nhớt động 12 CHƯƠNG - CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ NGUỒN NĂNG LƯNG 2.1 Khí nén 2.1.1 Sản xuất khí nén 2.1.2 Phân phối khí nén 2.1.3 Xử lý nguồn khí nén 2.2 Thủy lực (dầu ép) 2.2.1 Cung cấp lượng dầu 2.2.2 Xử lý nguồn dầu PHẦN II: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 16 3.1 Các phần tử đưa tín hiệu 3.1.1 Tín hiệu không điện 3.1.2 Tín hiệu điện 3.2 Các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển 3.2.1 Phần tử YES 3.2.2 Phần tử NOT 3.2.3 Phần tử AND 3.2.4 Phần tử OR 3.2.5 Phần tử NAND 3.2.6 Phần tử NOR 3.2.7 Phần tử Nhớ Flip-Flop 32 4.1 Động (motor) 46 23 CHƯƠNG - PHẦN TỬ ĐƯA TÍN HIỆU VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN 39 CHƯƠNG - CÁC PHẦN TỬ CHẤP HÀNH ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Mục lục 4.1.1 Động bánh 4.1.2 Động trục vít 4.1.3 Động cánh gạt 4.1.4 Động pít tông hướng kính 4.1.5 Động pít tông hướng trục 4.2 Xy lanh (Cylinder) 4.2.1 Xy lanh tác động đơn 4.2.2 Xy lanh tác động kép 4.2.3 Xy lanh màng 4.2.4 Xy lanh quay 49 CHƯƠNG - CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐIỀU KHIỂN 5.1 Khái niệm 5.2 Các phần tử điều chỉnh 5.2.1 Van an toàn van tràn 5.2.2 Van cản 5.2.3 Van giảm áp 5.2.4 Van tiết lưu 5.2.5 Van chân không 5.2.6 Van điều chỉnh thời gian 5.3 Các phần tử điều khiển 5.3.1 Van chiều 5.3.2 Van đảo chiều 5.3.3 Các van tuyến tính CHƯƠNG - TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 6.1 Tổn thất hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực 6.1.1 Tổn thất hệ thống khí nén 6.1.2 Tổn thất hệ thống thủy lực 6.2 Cơ sở tính toán truyền động hệ thống 6.3 Tính toán số mạch điển hình PHẦN III: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 7.1 Lý thuyết đại số boole 7.2 Phân loại phương pháp điều khiển 7.3 Phương pháp thiết kế mạch điều khiển 7.3.1 Biểu diển chức trình điều khiển 7.3.1.1 Biểu đồ trạng thái 7.3.1.2 Sơ đồ chức 7.3.1.3 Lưu đồ tiến trình 7.3.2 Viết phương trình điều khiển 7.3.3 Vẽ sơ đồ mạch điều khiển 7.4 Điều khiển bằnh lập trình Tài liệu tham khảo 58 59 62 69 78 82 90 94 96 100 103 103 108 109 111 118 Lời nói đầu ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực PHẦN I ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương – Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 1.1 SƠ LƯC VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 1.1.1 Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực bao gồm phần tử điều khiển cấu chấp hành nối kết với thành hệ thống hoàn chỉnh để thực nhiệm vụ theo yêu cầu đặt Hệ thống mô tả hình 1-1 Năng lượng điều khiển Tín hiệu đầu vào Xử lý thông tin, điều khiển Cơ cấu chấp hành ( biến lượng -> năng) Phản hồi Hình 1.1 Hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực - Tín hiệu đầu vào: nút nhấn, công tắc; công tắc hành trình; cảm biến - Phần xử lý thông tin: xử lý tín hiệu nhận vào theo quy tắc logic xác đònh, làm thay đổi trạng thái phần tử điều khiển: van logic And, Or, Not, Yes, Flip-Flop, rơle… - Phần tử điều khiển: điều khiển dòng lượng ( lưu lượng, áp suất) theo yêu cầu, thay đổi trạng thái cấu chấp hành: van chỉnh áp, van đảo chiều, van tiết lưu, ly hợp… - Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái đối tượng điều khiển, đại lượng mạch điều khiển: xy lanh khí-dầu, động khí nén-dầu - Năng lượng điều khiển: bao gồm phần thông tin công suất Phần thông tin: -điện tử - điện - khí - dầu - quang học - sinh học Phần công suất: - Điện: công suất nhỏ, điều khiển hoạt động dễ, nhanh - Khí: công suất vừa, quán tính, tốc độ cao - Thủy: công suất lớn, quán tính - dễ ổn đònh, tốc độ thấp 1.1.2 Các loại tín hiệu điều khiển Trong điều khiển khí nén thuỷ lực nói sử dụng hai loại tín hiệu: + tương tự (hình 1.2.a) Chương – Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC + rời rạc (số) (hình 1.2.b) S(signal) S(signal) Hình 1.2.a t (time) t (time) Hình 1.2.b 1.1.3 Điều khiển vòng hở Hệ thống điều khiển vòng hở so sánh tín hiệu đầu với tín hiệu đầu vào, giá trò thực thu giá trò cần đạt không điều chỉnh, xử lý Hình 1.3 mô tả hệ thống điều khiển tốc độ động thủy lực Giá trò đặt Van điều khiển tỉ lệ Lưu lượng - Lưu lượng Động thủy lực Tốc độ Thay đổi tải trọng Thay đổi lưu lượng bơm Thay đổi áp suất hệ Thay đổi t0 dầu Hình 1.3 Hệ thống điều khiển hở tốc độ động thủy lực 1.1.4 Điều khiển vòng kín (hồi tiếp) Hệ thống mà tín hiệu đầu phản hồi để so sánh với tín hiệu đầu vào Độ chênh lệch tín hiệu vào thông báo cho thiết bò điều khiển, để thiết bò tạo tín hiệu điều khiển tác dụng lên đối tượng điều khiển cho giá trò thực đạt mong muốn Hình 1.4 minh họa hệ thống điều khiển vò trí chuyển động cần pít tông xy lanh thủy lực Bộ điều khiển tỉ lệ Giá trò đặt + Tín hiệu điều khiển kp (u) Van điều khiển tỉ lệ Lưu lượng Xy lanh Vò trí thủy lực Khuếch đại tỉ lệ Đo lường vi trí Hình 1.4 Hệ thống điều khiển kín vi trí pít tông thủy lực ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực 1.2 ƯU VÀ NHƯC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 1.2.1 Khí nén a) Ưu điểm  Tính đồng lượng phần I P ( điều khiển chấp hành) nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện  Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật nguồn lượng: – bar  Khả tải lớn động khí  Độ tin cậy cao trục trặc kỹ thuật  Tuổi thọ lớn  Tính đồng lượng cấu chấp hành phần tử chức báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc môi trường dễ nổ, bảo đảm môi trường vệ sinh  Có khả truyền tải lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường dẫn  Do trọng lượng phần tử hệ thống điều khiển khí nén nhỏ, nữakhả giãn nở áp suất khí lớn, truyền động đạt vận tốc cao b) Nhược điểm  Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử  Khả lập trình cồng kềnh so với điện tử , điều khiển theo chương trìn h có sẵn Khả điều khiển phức tạp  Khả tích hợp hệ điều khiển phức tạp cồng kềnh  Lực truyền tải trọng thấp  Dòng khí nén thoát đường dẫn gây tiếng ồn  Không điều khiển trình trung gian ngưỡng 1.2.2 Thủy lực a) Ưu điểm - Truyền động công suất cao lực lớn nhờ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi chăm sóc, bảo dưỡng - Điều chỉnh vận tốc làm việc tinh không cấp nhờ thiết bò điều khiển kỹ thuật số hóa, dễ thực tự động hóa theo điều kiện làm việc chương trình cho sẵn - Kết cấu nhỏ gọn, nối kết thiết với dễ dàng việc đổi chỗ mối no ống - Dễ biến đổi chuyển động quay động thành chuyển động tònh tiến cấu chấp hành - Có khả giảm khối lượng kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao - Nhờ quán tính nhỏ bơm động thủy lực, nhờ tính chòu nén dầu nên sử dụng vận tốc cao mà không sợ bò va đập mạnh trường hợp khí hay điện - Dễ theo dõi quan sát áp kế, hệ mạch phức tạp - Tự động hóa đơn giản dùng phần tử tiêu chuẩn hóa - Dễ đề phòng tải nhờ van an toàn ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực b) Nhược điểm - Mất mát đường ống dẫn rò rỉ bên phần tử, làm giảm hiệu suất phạm vi ứng dụng - Khó giữ vận tốc không đổi phụ tải thay đổi tính nén dầu tính đàn hồi đường ống dẫn - Nhiệt độ độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ xác điều khiển - Khả lập trình tích hợp hệ thống nên khó khăn thay đổi chương trình làm việc - Khi khởi động, nhiệt độ hệ thống chưa ổn đònh, vận tốc làm việc thay đổi độ nhớt chất lỏng thay đổi 1.3 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 1.3.1 Phạm vi ứng dụng điều khiển khí nén Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng rộng rãi lónh vực mà vấn đề nguy hiểm, hay xảy cháy nổ, như: đồ gá kẹp chi tiết nhựa, chất dẻo; sử dụng ngành khí cấp phôi gia công; môi trường vệ sinh công nghệ sản xuất thiết bò điện tử Ngoài hệ thống điều khiển khí nén sử dụng dây chuyền sản xuất thực phẩm, như: rữa bao bì tự động, chiết nước vô chai…; thiết bò vận chuyển kiểm tra băng tải, thang máy công nghiệp, thiết bò lò hơi, đóng gói, bao bì, in ấn, phân loại sản phẩm tr ong công nghiệp hóa chất, y khoa sinh học 1.3.2 Phạm vi ứng dụng điều khiển thủy lực Hệ thống điều khiển thủy lực sử dụng lónh vực công nghiệp, như: máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, máy xúc, tời kéo,… ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực 1.4 CÔNG THỨC VÀ ĐƠN VỊ ĐO CỦA CÁC ĐẠI LƯNG CƠ BẢN 1.4.1 Lực - Đơn vò lực Newton (N) Newton lực tác động lên đối trọng có khối lượng 1kg với gia tốc m/s2 N = kg.m/s2 1.4.2 p suất - Đơn vò áp suất theo hệ đo lường SI pascal - Pascal (Pa) áp suất phân bố lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông góc lên bề mặt Newton (N) Pascal = N/m2 = 1kg m/s2/m2 = 1kg/ms2 - Ngoài dùng đơn vò bar: bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at - Một số nước tư dùng đơn vò psi ( pound (0.45336 kg) per square inch (6.4521 cm2) Kí hiệu lbf/in2 (psi); bar = 14,5 psi - p suất tính theo cột áp lưu chất P = wh Trong đó: w trọng lượng riêng lưu chất h chiều cao cột áp 1.4.3 Lưu lượng - Lưu lượng vận tốc dòng chảy lưu chất qua tiết diện dòng chảy Đơn vò thườn g dùng l/min Q = v.A Trong đó: Q lưu lượng dòng chảy A Tiết diện dòng chảy v Vận tốc trung bình dòng chảy 1.4.3 Công - Đơn vò công Joule (J) Joule công sinh tác động lực N để vật dòch chuyển quãng đường m J =1Nm J = m2kg/s2 - Công tính theo công thức: Wk = F*L F lực tác dụng vào vật Trong đó: L quảng đường vật 1.4.4 Công suất -Đơn vò công suất Watt -1 Watt công suất, thời gian giây sinh lượng joule W = Nm/s W = m2kg/s3 - Công suất tính theo công thức: 12 Chương – Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC H Q (l/min) * P (bar) (kW) 600 1.4.5 Độ nhớt - Độ nhớt động chất có độ nhớt động lực Pa.s khối lượng riêng kg/cm3 v  η ρ Trong đó: : độ nhớt động lực [Pa.s] : khối lượng riêng [kg/m3] v: độ nhớt động [m2/s] - Ngoài ta sử dụng đơn vò độ nhớt động Stokes (St) centiStokes (cSt) Chú ý: độ nhớt động vai trò quan trọng hệ thống điều khiển khí nén mà quan trọng điều khiển thủy lực 13 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC giản trình điều khiển tối ưu đơn giãn thiết kế ta phải thực nhiệm vụ biểu diễn chức trình điều khiển đầy đủ hoàn chỉnh 7.3.1.1 Biểu đồ trạng thái 7.3.1.1.1 Kí hiệu Các kí hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái trình điều khiển mô tả hình 7.13 Công tắc ngắt lúc nguy hiểm p Phần tử áp suất t Phần tử thời gian Nút đóng Nút đóng ngắt Nút ngắt Tín hiệu rẽ nhánh Công tắc chuyển mạch Liên kết OR A Nút tự động T Nút ấn Liên kết AND Đèn báo hiệu Tín hiệu tác động T T Nút ấn tác động đồng thời s Liên kết OR có nhánh phủ Hình 7.13 – Kí hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái 7.3.1.1.2 Thiết kế biểu đồ trạng thái Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái hoạt động phần tử hệ thống, mối liên hệ phần tử trình tự chuyển mạch phần tử Do xem sở thể nguyên lý hoạt động hệ thống Trục tung biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái ( hành trình chuyển độn g, áp suất, góc quay,…) Trục hoành biểu diễn bước thực thời gian hành trình Hành trình làm việc chia thành nhiều bước Sự thay đổi trạng thái bước biểu diễn đường nét đậm Sự liên kết tín hiệu thể nét nhỏ chiều tác động biểu diễn mũi tên Ví dụ: thiết kế biểu đồ trạng thái quy trình điều khiển sau: Xy lanh tác dụng kép 1A dẫn hướng phôi cục tròn đến khâu làm việc Ở hai phía đầu cuối hành trình có gắn cữ hành trình 1S2 1S3 Pittông dòch chuyển đẩy phôi(hành trình đi) đồng thời 1S2 nút nhấn 1S1 tác động Thời 104 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC gian hành trình t1 = 0.6 s, thời gian hành trình t2 = 0.4 s, thời gian pittông lưu trú vò trí 1S3 t3 =1 s 7.3.1.2 Sơ đồ chức 7.3.1.2.1 Kí hiệu Sơ đồ chức bao gồm lệnh bước thực Các bước thực kí hiệu theo số thứ tự lệnh gồm tên loại, loại lệnh vò trí ngắt lệnh (hình 7.5) A B Bước thực Tên bước thực Tín hiệu vào thứ n-1 Tín hiệu vào thứ hai n n+1 Tên lệnh Loại lệnh Vò trí ngắt lệnh Hình 7.14 - Kí hiệu bước lệnh thực 7.3.1.2.2 Thiết kế sơ đồ chức Hình 7.15 mô tả nguyên lý làm việc máy khoan sau: Hình 7.16 Sơ đồ mạch điều khiển khí nén 105 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 2.0 S4 S3 Đồ gá kẹp S2 S1 1.0 a Sơ đồ nguyên lý Bước thực Piston 1.0 1 Piston 2.0 b Biểu đồ trạng thái Hình 7.15 – Nguyên lý làm việc Hình 7.16 - Sơ đồ mạch khí nén 7.3.1.3 Lưu đồ tiến trình 7.3.1.3.1 Kí hiệu Lưu đồ tiến trình giải thuật (thuật toán) trình điều khiển Thể trình tự hoạt động, tín hiệu tác động ảnh hưởng đến hệ thống điều khiển Các kí hiệu thứ tự vi trí mô tả hình 7.9 Lệnh thao tác Rẽ nhánh Chương trình Chiều tác dụng Hợp nhánh Rẽ nhánh Vò trí chuyển tiếp Lệnh thao tác tay Nhập, xuất liệu Bắt đầu & kết thúc trình Ghi Hình 7.17 - Kí hiệu biểu diễn lưu đồ tiến trình 106 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 7.3.1.3.2 Thiết kế lưu đồ tiến trình Nguyên tắc hoạt động mạch điều khiển hình 7.10 thực sau: 1S3 Hình 7.18 - Nguyên lí hoạt động mạch điều khiển - Bước thực thứ nhất: Khi pittông vò trí ban đầu (1S2 =1, 1S3=0) nút nhấn khởi động 1S1 tác động pittông (1A+) - Bước thực thứ hai: Khi pittông đến cuối hành trình chạm công tắc 1S2, pittông lùi (1A-) - Bước thực thứ ba: Tại vò trí ban đầu pittông chạm công tắc 1S2, trình điều khiển kết thúc Quá trình điều khiển viết sau: - Bước thực thứ nhất: 1S11S21S3= 1A+  1S3 - Bước thực thứ hai: 1S3=1A-  1S2 - Bước thực thứ ba: 1S2 = kết thúc trình Khởi động 1S1 =1 có 1S2 =1 1A+ không 1S3 =1 không 1A- có 1S3 =1 có không 1S1 =1 Kết thúc Hình 7.19 - Lưu đồ tiến trình điều khiển 107 ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – Thiết kế mạch điều khiển 7.3.2 Viết phương trình điều khiển hoạt động hệ thống - Dựa vào biểu đồ trạng thái hoạt động theo thời gian trình làm việc hệ thống, dựa vào lý thuyết đại số Boole phần tử có chức nhớ trạng thái ta viết phương trình bước điều khiển trình - Ta tối ưu phương trình điều khiển tới mức chứa tham số biến vào để đơn giản mạch điều điều khiển giảm tốn sử dụng phần tử không cần thiết Ví dụ: S0 S1 S2 Quy trình điều khiển piston để nén chặt bã đậu thành khối bánh mô tả hình 7.20 Tại vò trí S0 v1 S1v2 S2 S0, S1 S2 có công tắc hành trình tương ứng x0, x1 x2 Nút nhấn v3 thức hành trình ép Sp Đầu tiên piston chạy với tốc độ v1 đoạn hành trình không ép S0S1, chạy chậm với v2 hành trình ép S1S2 Gặp S2 piston giật lùi với vận tốc lớn v3 kết thúc chu kỳ ép S0 (chú ý: v3> v1 > v2) Với ngu yên lý hoạt động quy trình ép ta xây dựng sơ đồ mạch động lực sau: Hình 7.20 – Hệ thống ép bã đậu Bước 0-1 Tại vò trí khởi đầu bư ớc 0– 1, đồng thời S0 bò tác động nút Bước thực Sp Sp nhấn thực bước S2 –1, tức A+ thực Và S1 = kết thúc thực sau ta thả nút nhấn điều phải nhớ trạng thái Piston 1A A+ Phương trình viết sau: S0 S0 K [(S p S )0  K ]  S Bước 1-2 - Tại vò trí 1, tín hiệu S1 tác động kết thúc bước 0-1 thực bước 1-2, A+ vận tốc v1 Khi thực 1-2 S1 tác động, thực A+ tức phải nhớ trạng thái - Phương trình viết sau: Xy lanh Công tắc hành trình Nam châm điện A+ A+ S0 S1 1Y1 2Y1 AKT S2 S0 1Y2 2Y2 108 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC K1 [(S1  K1 )  S2 ]  K Bước 2-3 - Khi piston gặp S2 kết thúc bước 1-2 thực bước giật lùi 2-3 (A-) kết thúc S0 Khi thực bước 2-3 S2 tác động A- hoạt động, tức phải có nhớ trạng thái - Phương trình viết sau: K (S2  K )  S0 7.3.3 Vẽ sơ đồ mạch điều khiển - Mạch điều khiển tổ hợp tầng Tầng tổ hợp phần tử logic điện theo phương trình điều khiển viết - Mỗi phương trình điều khiển xem tầng Trong Kn hàm tầng gán cho đầu công suất van điều khiển Tầng Tầng Tầng 7.3.4 Ví dụ Một hàn nhiệt điện ép vào trống tròn xoay làm mát xy lanh khí nén tác động kép (1A) hàn plastic thành ống, hình 7.21 Hành trình duỗi kích nút nhấn 1S1 Hành trình duỗi với áp suất bar 1S4 tác động bắt đầu ép áp suất ép tăng đến bar piston giật Gặp 1S3 piston dừng lại, sau giây chu kỳ ép lại bắt Trong mạch sử dụng van 5/2/2 coil Xây dựng mạch điều khiển cấu hàn nhiệt điện Giải:  Biểu đồ trạng thái mô tả hình 7.22 109 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Xy lanh Công tắc hành trình Nam châm điện A+ 1S3 1Y1, 2Y1 A+ 1S4 1Y1 Ap 1Y2 A+ 1S3 t 1Y1, 2Y1 ▪ Viết phương trình điều khiển Vì hoạt động hệ thống thực liên tục, trạng thái nhấn 1S1 (1 ) trì suốt trình K  (1S1  K ) Bước 1-2 K1 [1S1  1S3)  K1 ]  P K  K1  1S 1Y1 = K1 2Y1 = K2 Bước 2-3 K3  p  K3 )  1S3 1Y2 = K3 Bước 3-1 Thực chu kỳ sau khoảng thời gian trì hoãn t K 1S3 t  K K1 (K  K1 ) Ta sử dụng luật kết hợp để ưu tầng bước 1-2 3-1 ▪ Xây dựng mạch điện điều khiển Căn vào số phương trình ta có số tầng tương ứng Mạch thể đây: 110 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 7.4 ĐIỀU KHIỂN BẰNG LẬP TRÌNH - Trên đây, sử dụng lý thuyết đại số Boole, phần tử nhớ để tổ hợp thành phương trình điều khiển sử dụng luật logic để tối ưu chúng Bước tiến hành xây dựng mạch điều khiển tổ hợp tối ưu - Với phương thức gặp nhiều khó khăn hệ thống có trình hoạt động phức tạp, hệ thống đòi hỏi phải thay đổi thông số làm việc thường xuyên, khó khăn bảo trì, sửa chữa cải tiến, nâng cấp để phù hợp với nhu cầu Mặc khác phương c thấ thứpc tốn chi phí, không gian tính an toàn, ổn đònh làm việ ảnh hưởng lớn đến hiệu sản xuất - Để giải hạn chế phương thức người ta sử dụng điều khiển có khả lập trình thay hoàn toàn cho mạch điều khiển tạo linh hoạt mềm dẻo từ ý tưởng đến hoàn thiện mạch - Sử dụng điều khiển lập trình, không cần quan tâm đến chất nối mạch điều giải chương trình - Chương trình viết dạng ngôn ngữ STL, LADDER, FBD Trong phần tác giả sử dụng ngôn ngữ đơn giản LADDER để mô tả lập trình hoạt động hệ thống 7.4.1 Một số lệnh viết chương trình STT Lệnh Tiếp điểm thường hở – thường đóng Tiếp điểm cạnh dương – cạnh âm Kí hiệu Toán hạng I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Loại liệu Bool I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Bool 111 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC STT Lệnh Nhớ bit – xóa bit Kí hiệu Toán hạng I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Loại liệu Bool Gán ngõ I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Bool Phủ đònh bit Bool Mở trễ theo thời gian I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Txxx: Constant IN: I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Tắt trễ theo thời gian Txxx: Constant IN: I, Q, M, SM, T, C, V, S, L Word Bool So saùnh = =, < >, =>, , < số nguyên int Cộng trừ số nguyên IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, VW, LW, AIW, AC, Constant, *VD, *LD,*AC IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, VW, LW, AIW, AC, Constant, *VD, *LD,*AC 10 Nhân chia số nguyên IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, VW, LW, AIW, AC, Constant, *VD, *LD,*AC Int 11 Đếm lên PV:VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C, Constant, *VD, *AC, *LD, SW CU,R: power flow Int Word Bool Int Bool 112 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC STT Lệnh 12 Đếm xuống Kí hiệu Toán hạng PV:VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C, Constant, *VD, *AC, *LD, SW CD,LD: power flow Loại liệu int Bool 7.4.2 Viết chương trình cho mạch điều khiển Ví dụ: Máy dập đầu phôi thép tự động dây chuyền sản xuất trụ điện bê tông tiền áp  Tác động tín hiệu khởi động ( nút nhấn PB start) pít tông kẹp chặt dòch chuyển từ vò trí A đến B thực kẹp chặt phôi, lúc LS2 tác động pít tông dập dòch chuyển từ vò trí C đến D để dập đònh hình phôi ( theo hình dạng khuôn) lúc LS4 tác động làm cho pít tông dập lùi C LS3 tác động LS3 tác động làm cho pít tông kẹp dòch chuyển từ B A LS1 tác động dừng trình dập (Hình 5)  Chú ý: PLC nhận tín hiệu từ PB Start đồng thời LS1 LS3 bò tác động LS3 (C) (A) LS1 PB start (B) LS2 LS4 (D) 113 ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – Thiết kế mạch điều khiển 114 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 1: Thiết kế mạch ép gia nhiệt tự động với yêu cầu kỹ thuật sau: Khi nút nhấn S1 tác động pittông ép xuống chạm vào công tắc hành trình S2 bắt đầu gia nhiệt với thời gian t Sau trở vò trí ban đầu chạm vào công tắc hành trình S3 trình tiếp tục lại từ đầu Trong trình thực nhấn nút S4 píttông quay vò trí ban đầu Bài 2: Thiết kế mạch thủy lực điều khiển máy dập khuôn kim loại (hình BT7.1), với yêu cầu kỹ thuật sau: Lúc đầu, đầu dập vò trí chờ (S1), đưa chi tiết cần dập vào ta ấn nút S3, đầu dập tònh tiến xuống dập chi tiết, S2 bò tác động đầu dập quay Trong trình gia công xảy cố, ấn nút S4 đầu dập lại vò trí S1 S2 Bài 3: Thiết bò lắp ráp có độ dôi Thiết kế mạch điều khiển thủy lực cấu dùng để lắp ráp có độ Hình BT7.1 dôi, với yêu cầu kỹ thuật sau: Đưa chi tiết cần lắp vào vò trí lắp, ấn nút S1 cấu tònh tiến xuống lắp v ép chặt chi tiết đến đủ áp suất 20 bar, đèn H sáng, cấu tự quay Nếu trình gia công xảy cố ấn nút S2 cấu quay vò trí ban đầu Bài 4: Cơ cấu cấp phôi theo kiện Thiết kế mạch điều khiển thủy lực cấp phôi theo khối kiện nhiều sản phẩm, với yêu cầu kỹ thuật sau: Nhấn nút 1S cấu đẩy phôi hoạt động từ vò trí giới hạn S1 đến giới hạn S2 để đẩy sản phẩm Khi công tắc S2 tác động pittông đẩy trở vò trí ban đầu thực tiếp lần đẩy Đẩy 12 phôi ngừng vò trí ban đầu Trong trình đẩy phôi có vấn đề nhấn nút 2S trở vò trí ban đầu Bài 5: Hệ thống vận chuyển sản phẩm băng tải lăn mô tả hì nh BT7.2 Hai băng tải chuyển động vuông góc với theo trục X Y Nguyên lý làm việc mô tả biểu đồ trạng thái Hãy thiết kế mạch động lực thủy lực mạch điều khiển Trong đó: 1S1, 1S2, 2S1, 2S2 công tắc giới hành trình; S1 nút nhấn khởi động hệ thống 115 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC BT7.2b S1 1A 2A BT7.2a BT7.2c 1S2 1S1 2S2 1S2 Biểu đồ trạng thái Bài 6: Cơ cấu ép thủy lực mô tả hình BT7.3 biểu đồ trạng thái BT7.4 Trong trình chạy tác động S2 dừng cấu Nếu S1 tác động cấu lại hoạt động tiếp tục Hãy thiết kế mạch động lực thủy lực, viết phương trình điều khiển thiết kế mạch điện điều khiển Trong đó: 1S1, 1S2 công tắc giới hành trình; p công tắc áp suất; T công tắc thời gian p = 40 bar t=4s S1 1A BT7.3 – Cơ cấu thủy lực Kết thúc 1S2 1S1 1S1 BT7.4 - Biểu đồ trạng thái Bài 7: Hệ thống ép thủy lực dùng để lắp ráp chi tiết thành sản phẩm mô tả hình BT7.5 Khi nhấn nút khởi động S1 pittông ép thực lắp ráp chi tiết áp 116 Chương – Thiết kế mạch điều khiển ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC suất đạt đến 3Mpa pittông trở vò trí ban đầu gặp 1S1 dừng Trong trình ép trở nút Stop (S2) nhấn pit tông dừng lại Nếu S1 lại nhấn pit tông tiếp tục hành trình lại Hãy thiết kế mạch động lực, viết phương trình điều khiển vẽ sơ đồ mạch điện S1 p = Mpa 1A Kết thúc 1S1 1S1 b) Biểu đồ trạng thái a) Cơ cấu ép thủy lực BT7.5 ... khí nén & thủy lực 1.2.1 Hệ thống khí nén 1.2.2 Hệ thống thủy lực 1.3 Phạm vi ứng dụng điều khiển khí nén & thủy lực công nghiệp 1.3.1 Ứng dụng hệ thống khí nén 1.3.2 Ứng dụng hệ thống thủy lực. .. Lời nói đầu ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực PHẦN I ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT... Đại cương điều khiển Khí nén & Thủy lực ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương – ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 1.1 SƠ LƯC VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 1.1.1 Hệ thống điều