Bài 1: Tổng quan về hệ thống khí nén41.1.Tính chất và các định luật cơ bản của khí nén.41.1.1.Không khí có tính chịu nén41.1.2.Thể tích không khí thay đổi theo nhiệt độ41.1.3. Phương trình trạng thái của chất khí51.2.Khả năng ứng dụng51.2.1.Trong lĩnh vực điều khiển.51.2.2. Hệ thống truyền động51.3. Ưu nhược điểm81.3.1. Ưu điểm81.3.2. Nhược điểm81.4. Các đại lượng vật lí và đơn vị đo81.4.1. Áp suất81.4.2. Lực91.4.3. Công91.4.4. Công suất91.4.5. Độ nhớt động9Bài 2: Các phần tử trong hệ thống khí nén102.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển102.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén.112.2.1. Nguồn cấp và các thiết bị xử lí.112.2.2. Cơ cấu chấp hành.242.2.3. Giác hút272.2.4. Xilanh kẹp272.2.5. Van đảo chiều.282.2.6. Các van đảo chiều cơ bản322.2.7. Van điều khiển lưu lượng372.2.8. Phần tử xử lí tín hiệu392.3. Bài tập.45Bài 3: Phương pháp điều khiển bằng khí nén493.1. Phương pháp mô tả bài toán điều khiển493.2. Phương pháp điều khiển chia tầng513.2.1. Phương pháp chia tầng523.2.2. Phương pháp điều khiển hai tầng533.2.3. Phương pháp điều khiển ba tầng533.2.4. Phương pháp điều khiển n tầng.543.2.5. Các dạng thiết kế mạch điều khiển khí nén theo tầng.553.3. Bài tập58Bài 4: Phương pháp điều khiển điện khí nén604.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển điện khí nén604.2. Các phần tử đưa tín hiệu604.2.1. Nút nhấn604.2.2. Van đảo chiều624.2.3. Công tắc hành trình654.2.4. Rơ le674.2.5. Cảm biến694.3. Phương pháp điều khiển theo tầng điện754.3.1. Phương pháp điều khiển hai tầng754.4. Phương pháp điều khiển theo cấu trúc nhịp814.5. Bài tập85
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH HẢI DƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HẢI DƯƠNG ***** TÀI LIỆU HỌC TẬP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN CHƯƠNG TRÌNH 90 GIỜ CHUN NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ( TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ) MỤC LỤC Bài 1: Tổng quan hệ thống khí nén 1.1 Tính chất định luật khí nén 1.1.1 Khơng khí có tính chịu nén Khơng khí hỗn hợp khí xác định gồm nhiều thành phần ôxy, hydro, ni tơ, nước, … nên giãn nở Định luật Boyle Mariotte Định luật Boyle Mariotte phát biểu: Một lượng khí định lượng khơng thay đổi áp suất tuyệt đối tỷ lệ nghịch với thể tích (V) thể tích riêng (v) t(T) = Const Ta có p.V = Const p.v = Const Điều có nghĩa tích áp suất thể tích số lượng khí xác định p1.V1 = p2.V2 = p3.V3 = Const hay = 1.1.2 Thể tích khơng khí thay đổi theo nhiệt độ Với lượng áp suất dư không đổi nhiệt độ tăng 1K thể tích khơng khí tăng thêm 1/273 lần thể tích Định luật Gay – lussac 1: Một lượng khí định điều kiện áp suất khơng đổi thể tích (V) hay thể tích riêng (v) nhiệt độ tuyệt đối (T) tỉ lệ thuận với p = const Trong đó: T1 : nhiệt độ thời điểm tích V1 (K) T2 : nhiệt độ thời điểm tích V2 (K) Định luật Gay – lussac 2: Một lượng khí định điều kiện thể tích V khơng đổi áp suất p nhiệt độ tuyệt đối T tỉ lệ thuận với 1.1.3 Phương trình trạng thái chất khí Giả thiết khí nén hệ thống gần lý tưởng Phương trình trạng thái nhiệt tổng qt khí nén: pabs.V = m.R.T Trong đó: pabs : áp suất tuyệt đối (bar) V : thể tích khí nén (m3) m : khối lượng (kg) R : số nhiệt (J/ kg.K) T : Nhiệt độ Kelvin (K) 1.2 Khả ứng dụng 1.2.1 Trong lĩnh vực điều khiển Sau chiến tranh giới thứ 2, vào năm 50 60 kỷ 20, thời gian phát triển mạnh mẽ giai đoạn tự động hóa trình sản xuất; kỹ thuật điều khiển khí nén phát triển mạnh mẽ đa dạng nhiều lĩnh vực Chỉ riêng Đức có 60 hãng chuyên sản xuất phần tử điều khiển bàng khí nén hãng Festo, hãng Herion, hãng Bosch Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng lĩnh vực mà nguy hiểm, hay xảy cháy nổ, thiết bị phun sơn; loại đồ gá kẹp chi tiết nhựa, chất dẻo; sử dụng cho lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, điều kiện vệ sinh mơi trường tốt an toàn cao Ngoài hệ thống điều khiển khí nén sử dụng dây chuyền rửa tự động; thiết bị vận chuyển kiểm tra thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì cơng nghiệp hóa chất… 1.2.2 Hệ thống truyền động - Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc lĩnh vực khai thác, khai thác đá, khai thác than; cơng trình xây dựng, xây dựng hầm mỏ, đường hầm… - Truyền động quay: Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300; máy khoan, công suất khoảng 3.5KW; máy mài công suất khoảng 2.5KW, máy mài với công suất nhỏ, với số vòng quay cao 100.000 vòng/ phút khả sử dụng động truyền động khí nén phù hợp - Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động khí nén cho truyền động thẳng dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, thiết bị đóng gói, loại máy gia công gỗ, thiết bị làm lạnh, hệ thống phanh hãm ô tô - Trong hệ thống đo kiểm tra: Dùng thiết bị đo kiểm tra chất lượng sản phẩm * Một số ứng dụng khí nén: Máy khoan Máy hàn điểm Dụng cụ cầm tay Hệ thống lắp ráp ô tô Hệ thống điều khiển tự động Đóng gói sản phẩm Tay gắp sản phẩm khí nén 1.3 Ưu nhược điểm 1.3.1 Ưu điểm - Do khả chịu nén khơng khí nên 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 - Có thể thải khí nén trực tiếp ngồi khơng khí - Hệ thống có thiết bị giới hạn áp suất nên hệ số sử dụng an toàn cao 1.3.2 Nhược điểm - Lực truyền tải trọng thấp - Khi tải trọng hệ thống thay đổi vận tốc truyền động thay đổi - Mất mát đường ống dẫn dò rỉ bên phần tử, làm giảm hiệu suất phạm vi ứng dụng - Dịng khí nén thoát đường dẫn gây tiếng ồn 1.4 Các đại lượng vật lí đơn vị đo 1.4.1 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 vng 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 Ngồi cịn 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 1.4.2 Lực Đơn vị lực Newton (N) N lực tác động lên đối tượng có khối lượng 1kg với gia tốc 1m/s2 1.4.3 Công Đơn vị công Joule (J) 1J công sinh tác dộng lực 1N để vật dịch chuyển quãng đường 1m 1J = 1N.m 1.4.4 Công suất Đơn vị công suất Watt (W) 1W công suất thời gian 1giây sinh lượng 1J 1W = 1Nm/s 1.4.5 Độ nhớt động Độ nhớt động khơng có vai trị quan trọng hệ thống điều khiển khí nén Đơn vị độ nhớt động m2/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) 1.5 BÀI TẬP: Bài 1: Đọc giá trị áp suất Bài 2: Chuyển đổi đơn vị đo Bài 3: Nêu ứng dụng hệ thống khí nén Bài 4: Nêu ưu nhược điểm hệ thống khí nén Bài 2: Các phần tử hệ thống khí nén 2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển Cấu trúc mạch điều khiển khí nén Hệ thống điện khí nén 10 4.3 Phương pháp điều khiển theo tầng điện 4.3.1 Phương pháp điều khiển hai tầng Các bước thực thiết kế: a Chia tầng b Xác định tín hiệu đầu tầng điều khiển bước c Mạch đảo tầng Mạch chuẩn tầng: Để tạo tầng, mạch điều khiển điện khí nén người ta dùng rơ le 74 Mạch tầng: Mạch tầng: 75 Mạch n tầng: Để tạo mạch điều khiển n tầng, người ta dùng (n-1) rơ le d Ví dụ Máy khoan tự động Bước 1: Từ quy trình cơng nghệ ta vẽ biểu đồ trạng thái chia tầng 76 Bước 2: Xác định tín hiệu đầu tầng điều khiển bước Bước 3: Thiết lập hệ thống cấu chấp hành phần tử điều khiển Bước 4: Mạch đảo tầng Bước 5: Ráp tín hiệu đầu tầng điều khiển bước vào mạch đảo tấng Hoàn chỉnh mạch nguyên lý 77 Hệ thống lắp ghép chi tiết 78 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống lắp ghép chi tiết 79 4.4 Phương pháp điều khiển theo cấu trúc nhịp Nguyên tắc thực theo nhịp bước thực lệnh sảy nhịp: Khi lệnh nhịp thực xong thông báo cho nhịp tiếp theo, đồng thời xóa nhịp trước 80 Nhịp Z n xóa nhịp Z (n+1), nhịp cuối xóa nhịp 81 Ví dụ hệ thống kẹp ngun cơng phay 82 Ví dụ máy khoan: 83 S 4.5 Bài tập Bài 1: Sử dụng nút nhấn van điện từ 3/2, điều khiển xilanh tác dụng đơn +24V Y1 50% Y1 0V 84 Bài 2: Sử dụng nút nhấn van điện từ 5/2 điều khiển xilanh tác dụng kép +24V Y1 50% Y1 0V Bài 3: Sử dụng rơ le trung gian +24V K1 Y1 50% K1 Y1 0V Bài 4: Sử dụng nút bấm, van điện từ rơ le trung gian điều khiển xilanh 85 +24V S2 S1 K1 Y1 50% K1 Y1 0V Bài 5: Sử dụng nút bấm, van điện từ rơ le trung gian điều khiển xilanh +24V Start Y1 K1 K1 K1 Y2 50% Y1 K1 Y2 0V Bài 6: Sử dụng nút bấm, van điện từ rơ le trung gian, cơng tắc hành trình điều khiển xilanh 86 S1 S2 +24V Start Y1 K1 K1 K1 Y2 50% S2 Y1 K1 Y2 0V Bài 7: Nhấn nút nhấn, xilanh chạm vào công tắc hành trình (Dừng lại bên ngồi giây) sau tự động vào 87 Bài 8: Bài tập sử dụng cảm biến từ rơ le thời gian Bài Sử dụng cơng tắc hành trình từ tiệm cậm 88 ... thống khí nén Bài 4: Nêu ưu nhược điểm hệ thống khí nén Bài 2: Các phần tử hệ thống khí nén 2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển Cấu trúc mạch điều khiển khí nén Hệ thống điện khí nén 10 Ví dụ mạch điều. .. 5/2 điều khiển khí, khí nén hay điện phía hai phía Các van điều khiển khí nén hay điện hai phía có đặc điểm van giới thiệu- phần tử nhớ hai trạng thái Van 5/2 dùng làm van đảo chiều điều khiển. .. động trực tiếp khí nén, phục hồi vị trí ban đầu lị so Khi chưa cấp khí điều khiển vào chân 12 khí nén svào cổng bị chặn lại, không tiếp Khi cấp khí điều khiển vào chân 12 khí nén từ cổng sang