Để giảm ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có thêm van tra dầu.( Nguyên tắc tra dầu thực hiện theo nguyên lý tra dầu [r]
(1)1
UBND TỈNH BÀ RỊA VŨNG TÀU
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀ RỊA VŨNG TÀU
GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCN ngày…….tháng….năm Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT)
BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2020
(2)1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập nghiên cứu cho giảng viên sinh viên nghề Điện Tử Công Nghiệp trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu Chúng thực biên soạn tài liệu: điều khiển khí nén
Tài liệu biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy học tập, lưu hành nội nhà trường nên nguồn thông tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo
(3)2
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình “Điều khiển khí nén” nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên kiến thức, kỹ phương pháp kỹ thuật lắp đặt số mạch ứng dụng điều khiển hệ thống điện-khí nén Giáo trình gồm Yêu cầu học sinh sau học xong module học sinh phải, biết sử dụng thiết, lắp đặt thành thạo số mạch ứng dụng hệ thống khí nén
Giáo trình tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên chuyên nghành Cơ điện tử, điện công nghiệp, điện tử công nghiệp
Trong trình biên soạn chắn chúng tơi cịn có nhiều thiếu sót, mong q độc giả góp ý để chúng tơi hồn thiện tốt cho lần chỉnh sữa sau Mọi góp ý xin gửi Email: hoangnv@brtvc.edu.vn
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày tháng năm 2020 Biên soạn
Nguyễn Văn Hoàng
(4)3 MỤC LỤC
BÀI CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ NÉN
1 Cơ sở tính tốn:
1.1 Thành phần hóa học khí nén:
1.2 Đơn vị đo hệ thống:
1.3 Phương trình trạng thái nhiệt động học:
1.4 Định luật Boyle- Mariotte:
1.5 Định luật Gay – Lussac: 10
1.6 Định luật Gay – Lussac: 10
2 Khả ứng dụng khí nén : 11
2.1 Trong lĩnh vực điều khiển: 11
2.2 Trong hệ thống truyền động: 11
3 Ưu- nhược điểm hệ thống truyền động khí nén: 11
3.1.Ưu điểm: 11
3.2 Nhược điểm: 11
4 Máy nén khí: 12
4.1 Máy nén khí kiểu piston: 12
4.2 Máy nén khí kiểu cánh gạt: 14
4.3 Máy nén khí kiểu trục vít: 15
4.4 Máy nén khí kiểu Root: 17
4.5 Máy nén khí kiểu Turbin: 18
5 Bộ lọc( cụm bảo dưỡng): 19
5.1.Van lọc: 19
5.2.Van điều chỉnh áp suất: 20
5.3.Van tra dầu: 20
6 Thiết bị xử lý khí nén 20
6.1.Yêu cầu khí nén: 20
6.2 Phương pháp xử lý khí nén: 21
BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN 24
1 Khái niệm: 24
2 Cơ cấu chấp hành: 24
(5)4
2.2 Động khí nén: 25
3.Van đảo chiều: 26
3.1 Van 2/2: 26
3.2 Van đảo chiều khơng trì 3/2 : 26
3.3 Van đảo chiều trì 5/2: 27
4.2 Nút nhấn 5/2: 28
5 Công tắc hành trình: 28
7.Van logic: 30
7.1 Van OR( van thoi): 30
7.2.Van AND ( van áp lực) 31
8.Van trì hỗn thời gian: 31
8.1.Van trì hỗn thời gian thường đóng: 31
8.2.Van trì hỗn thời gian thường mở: 32
9 Van áp suất: 32
9.1 Van an toàn: 32
9.2 Van tràn: 33
9.3 Van điều chỉnh áp suất: 33
9.4.Rơ le áp suất: 34
10 Van xả nhanh: 35
11 Van chân không: 35
12 Van kiểm tra:( Van chiều): 36
13 Van tuần tự: 37
14 Cảm biến tia: 37
14.1 Cảm biến tia rẽ nhánh: 37
14.2 Cảm biến tia phản hồi 38
14.3 Cảm biến tia qua khe hở: 38
BÀI 3: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN 39
1 Biểu diễn chức trình điều khiển 39
1.1 Biểu đồ trạng thái: 39
1.2 Sơ đồ chức 41
1.3 Lưu đồ tiến trình 44
2 Các phương pháp điều khiển 46
2.1 Điều khiển tay 46
(6)5
2.2 Điều khiển tùy động theo thời gian 48
2.3 Điều khiển theo tầng: 50
3 Một số kí hiệu hệ thống khí nén 54
3.1 Kí hiệu thiết bị khí nén: 54
3.2 Kí hiệu tín hiệu tác động: 55
BÀI 4: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN DÙNG CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG, ĐIỆN CẢM 60
1 Khái niệm: 60
2 Nút nhấn: 60
2.1 Nút ấn đóng thường mở: 60
2.2 Nút ấn đóng thường đóng: 61
2.3 Nút ấn chuyển mạch chuyển trạng thái mạch: 61
2.4 Cơng tắc( nút nhấn trì): 62
3 Rơ le: 62
3.1 Rơ le đóng mạch ( cơng tắc tơ): 62
3.2 Rơle điều khiển ( rơle trung gian): 63
3.3 Rơle thời gian tác động muộn( Timer ON): 63
3.4 Rơle thời gian nhả muộn ( Timer OFF): 63
4 Van điện từ 64
4.2.Van điện từ 5/2 khơng trì ( trạng thái): 66
4.3.Van điện từ 5/2 trì ( hai trạng thái): 66
5 Cơng tác hành trình: 68
5.1 Cơng tác hành trình điện – Cơ: 68
5.2 Cơng tắc hành trình nam châm ( cơng tắc lưỡi gà): 68
6 Thiết kế mạch khí nén dung cảm biến điện dung, điện cảm 69
6.1 Yêu cầu công nghệ: 69
6.2 Sơ đồ hành trình bước: 70
6.3 Sơ đồ mạch điện – khí nén: 70
6.4 Nguyên lý hoạt động: 70
6.5 Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân phòng ngừa 71
6.6 Lắp đặt mạch mơ hình 71
(7)6
2 Sơ đồ hành trình bước: 74
3 Sơ đồ mạch điện – khí nén: 74
4 Nguyên lý hoạt động: 74
5 Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân phòng ngừa 75
6 Lắp đặt mạch mơ hình 75
(8)7
GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Điều khiển khí nén
Mã mơ đun: MĐ21
I Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun:
- Vị trí: mơn học bố trí sau học xong mơn học mơ đun sau: An tồn lao động, Kỹ thuật điện, Đo lường điện - điện tử, Kỹ thuật điện tử, Thiết kế chế tạo mạch điện tử, Kỹ thuật xung - số, Kỹ thuật cảm biến, PLC…
- Tính chất: mơn học chun mơn bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mô đun:
II Mục tiêu mô đun:
- Về kiến thức:
+ Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng loại cảm biến;
+ Vận dụng khái niệm lỉnh vực Khí nén để giải thích, thiết kế mạch điều khiển Khí nén đơn giản công nghiệp
- Về kỹ năng:
+ Ứng dụng cơng thức để tính tốn thơng số, đại lượng mạch
điều khiển khí nén, Khí nén Thủy lực
+ Nhận biết chức năng, nhiệm vụ chi tiết, linh kiện hệ thống
điều khiển
+ Giải thích số mạch ứng dụng khí nén, thủy lực công nghiệp + Thực thao tác việc lắp mạch điều khiển điện khí nén, thủy lực
một cách an toàn, thao tác - Về lực tự chủ trách nhiệm:
Người học có khả làm việc độc lập làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn học tập rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm công việc
(9)8
BÀI CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ NÉN Giới thiệu:
Sau học xong học này, người học có khả trình bày khái niệm phương trình cơng thức tính tốn hệ thống khí nén-thủy lực
Mục tiêu:
- Biết thành phần hóa học khơng khí - Biết đơn vị đo áp suất
- Biết ứng dụng khả ứng dụng khí nén
- Biết nhiệm vụ hệ thống cung cấp phân phối khí nén
- Nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm loại máy nén khí, bảo dưỡng, phương pháp xử lý khí nén.- Phân tích q trình xử lý khí nén
- Phân tích ưu nhược điểm hệ thống truyền động khí nén
1 Cơ sở tính tốn:
1.1 Thành phần hóa học khí nén:
Ngun tắc hoạt động thiết bị khí nén khơng khí khí hút vào nén , sau áp suất khí nén từ máy nén khí đưa vào hệ thống khí nén khơng khí loại hỗn hợp bao gồm thành phần sau:
Hình 1.1 Phần trăm chất khí khơng khí Hơi nước loại khí khác: 1%
Ngồi nước khơng khí cịn có bụi, thành phần gây cho thiết bị khí nén bị ăn mịn, gỉ,
Vì phải có biện pháp hay thiết bị để loại trừ giới hạn đến mức thấp thành phần hệ thống
1.2 Đơn vị đo hệ thống:
1.2.1.Định nghĩa loại áp suất:
- Áp suất khí quyển: áp suất khơng khí mực nước biển đơn vị đo: 760mmhg = 1,013 bar
N2
… % O2
(10)9
- Áp suất tương đối: áp suất chất khí so với áp suất khí (p=0) - Áp suất tuyệt đối: áp suất chất khí có kể đến áp suất khí quyển.(p=14,5 psi)
ptuyệt đối = p tương đối + pkhí
1.2.2 Các đơn vị đo áp suất khơng khí:
Theo tiêu chuẩn iso: N/m2 , kN/m2 , pa, kpa
Các đơn vị thường dùng: kg/cm2 , bar
Chuyển đổi đơn vị:
1 bar = 100kpa = 100kN/m2 = 14,5psi kg/cm2 = 0,981 bar = 14,2233 psi
1 psi = 0,0689 bar = 0,0702 kg/cm2
1.3 Phương trình trạng thái nhiệt động học:
Giả thiết khí nén hệ thống gần lý tưởng Phương trình trạng thái nhiệt tổng quát khí nén:
pabs.V = m.R.T (1-1)
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)
1.4 Định luật Boyle- Mariotte:
Khi nhiệt độ không thay đổi (T = số), theo phương trình nhiệt tổng qt (1-1) ta có:
pabs.V = số (1-2)
Nếu gọi:
V1(m3) thể tích khí nén thời điểm áp suất p1
V2(m3) thể tích khí nén thời điểm áp suất p2
p1abs (bar) áp suất tuyệt đối khí nén tích V1
p2abs (bar) áp suất tuyệt đối khí nén tích V2
Theo phương trình 1-2 ta có:
P(bar )
V (m3) 8
Hình 1.2: Sự phụ thuộc áp suất thể tích
(11)10 1.5 Định luật Gay – Lussac:
Khi áp suất không thay đổi (p = số), theo phương trình 1-1 ta có:
Trong đó:
T1 : nhiệt độ thời điểm tích V1 (K)
T2 : nhiệt độ thời điểm tích V2 (K)
Hình 1.3: Biểu diễn thay đổi thể tích áp suất số Năng lương nén lượng giãn nở khơng khí tính theo phương trình:
W = p(V2 – V1)
1.6 Định luật Gay – Lussac:
Khi thể tích V thay đổi, theo phương trình (1-1) ta có:
Hình 1.4: biểu diễn thay đổi áp suất thể tích số Vì thể tích V khơng thay đổi nên lượng nén lượng giãn nở
W =
- Phương trình trạng thái nhiệt đại lượng áp suất, nhiệt độ thể tích thay đổi
Theo phương trình (1-1) ta có:
P(bar)
V(m3) V2
V1
P
Hình 1.3: Sự thay đổi thể tích áp suất
hằng số
P(bar)
V(m3)
P2
V P1
(12)11
hay:
2 Khả ứng dụng khí nén : 2.1 Trong lĩnh vực điều khiển:
Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng lĩnh vực có khả nguy hiểm nhiều như: cháy, nổ, … VD: Các thiết bị phun sơn, loại đồ gá, kẹp chi tiết, plastic dược sử dụng lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử Ngoài hệ thống điều khiển khí nén sử dụng dây chuyền rửa xe tự động, thiết bị vận chuyển kiểm lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì cơng nghiệp hóa chất…
2.2 Trong hệ thống truyền động:
- Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Máy khai thác đá, khai thác than, xây dựng hầm mỏ, đường hầm…
- Trong truyền động quay: Các động quay với công suất lớn, giá thành gấp 10 đến 15 lần so với động điện có cơng suất thể tích trọng lượng nhỏ 30 % Như dụng cụ văn vít M4÷ M30, máy khoan có cơng suất khoảng 3,5 kw, máy mài có cơng suất khoảng 2,5 kw Cũng máy mài với công suất nhỏ, với số vịng quay cao 100.000 vịng/ phút khả sử dụng động truyền động khí nén phù hợp
-Truyến động thẳng: Được sử dụng đồ gá kẹp, thiết bị đóng gói, máy gia cơng gổ, thiết bị làm lạnh, hệ thống phanh hãm ôtô
- Trong hệ thống đo kiểm tra, hệ thống vận chuyển xi măng, kiểm tra chất lượng sản phẩm
3 Ưu- nhược điểm hệ thống truyền động khí nén: 3.1.Ưu điểm:
Do khả chịu nén( đàn hồi) lớn khơng khí , khả tích chứa áp suất nén cách thuận lợi Như có khả ứng dụng để thành lập trạm tích chứa khí nén
- Có khả truyền tải lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường dẫn
- Đường dẫn khí ( khí thải) khơng cần thiết
- Chi phí thấp để thiết lập hệ thống truyền động khí nén - Hệ thống phòng ngừa tải áp suất giới hạn đảm bảo
3.2 Nhược điểm:
(13)12
- Khi tải trọng hệ thống thay đổi, vận tốc truyền thay đổi, khả đàn hồi khí lớn, thực chuyển động quay
- Khí nhanh gây tiếng ồn
- Do đó, lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển khí nén với khí khí nén với điện, điện tử khó xác định cách xác ưu, khuyết điểm hệ thống điều khiển
4 Máy nén khí:
Máy nén khí phân làm loại: ( theo nguyên lý hoạt động) - Nguyên lý thay đổi thể tích:
Khơng khí dẫn vào buồng chứa, thể tích buồn chứa nhỏ lại Như theo định luật Boyle – Mariotte áp suất buồn chứa tăng lên
- Nguyên lý động năng:
Khơng khí dẫn vào buồng chứa,ở áp suất khí nén tạo động bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động tạo lưu lượng công suất lớn
4.1 Máy nén khí kiểu piston:
Trong doanh nghiệp, máy nén piston sử dụng rộng rãi cho nén khí làm lạnh Các máy nén khí hoạt động nguyên lý bơm xe đạp đặc trung ổn định lưu lượng áp suất đẩy thay đổi suất máy tỷ lệ thuận với tốc độ Tuy nhiên công suất máy nén lại thay đổi
4.1.1 Cấu tạo:
- Máy nén piston có nhiều cấu tạo khác nhau, bốn loại sử dụng nhiều là: thẳng đứng, nằm ngang, nối tiếp nằm ngang cân - đối xứng
- Máy nén piston trục đứng sử dụng khoảng công suất từ 50 – 150 cfm (foot khối/ phút)
Hình 1.5: Mặt cắt máy nén
(14)13
- Máy nén nằm ngang cân đối xứng sử dụng khoảng công suất từ 200– 5000 cfm (foot khối/ phút) sử dụng với nhiều cấp lên tới 10.000cfm với thiết kế cấp
- Máy nén khí piston loại máy nén khí tác động đơn q trình nén sử dụng phía piston Nếu máy nén sử dụng phía piston máy nén tác động kép
- Máy nén cấp máy nén có q trình thực xylanh đơn số xylanh song song
4.1.2 Nguyên lý hoạt động:
Hình 1.5 Máy nén khí kiểu piston
Khơng khí sau qua lọc khí nén thân máy nén khí nhờ van đóng mở đầu piston, sau đẩy vào bình chứa Để nén đến áp suất từ từ 15bar người ta thường sử dụng Máy nén khí kiểu piston cấp nhiều cấp Tuy nhiên khơng khí nén nhiều lần chúng phải có phận làm mát trung gian nước hay khơng khí
4.1.3 Ưu – nhược điểm:
Cứng vững Hiệu suất cao Bảo quản đơn giản
Gây tượng dao động đáng kể như: tiếng ồn lớn Tạo khí nén theo xung thường có dầu
* Một số máy nén khí kiểu pittôngđược sử dụng thực tế:
(15)14
Hình 1.8: Máy nén piston bơm dầu Hình 1.9: Máy nén khí xylanh đơn 4.2 Máy nén khí kiểu cánh gạt:
4.2.1 Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt
Máy nén khí kiểu cánh gạt bao gồm: Thân máy, mặt bích thân máy, mặt bích trục, rơto lắp trục Trục rôto lắp lệch têm so với bánh dẫn truyền động Khi rơto quay trịn, tác dụng lực ly tâm bánh gạt chuyển động tự rãnh rôto đầu cánh gạt tựa vào bánh dẫn chuyển động Thể tích giới hạn bánh gạt bị thay đổi Như trình hút nén thực
Để làm mát khí nén, thân máy có rãnh để dẫn nước vào làm mát Bánh dẫn bôi trơn quay tròn thân máy để giảm bớt hao mòn cánh tựa vào
Hình 1.10: Mặt cắt máy nén khí kiểu cánh gạt
(16)15
Hình 1.11: Nguyên lý làm việc máy nén khí kiểu cánh gạt
Khơng khí nén vào buồng hút, nhờ rotor stator đặt lệch nhau, nên rotor quay khơng khí vào buồng nén, sau khí nén đưa vào buồng đẩy
4.2.3 Ưu- khuyết điểm:
Không cồng khềnh
Không dao động êm máy nén khí kiểu piston Sửa chữa dể dàng
Lưu lượng số khí khơng bị xung Hiệu suất nhiệt động học kiểu piston Khí nén thơng thường bị nhiễm dầu
*Một số máy nén khí kiểu cánh gạt sử dụng thực tế:
Hình 1.13: Máy nén khí kiểu cánh gạt
4.3 Máy nén khí kiểu trục vít:
(17)16
Máy nén khí trục vít có khoảng năm 1950 chiếm thị trường lớn lĩnh vực nén khí, loại máy nén khí có vỏ đặc biệt bao bọc quanh hai trục vít, lồi, mơt lõm
Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Máy nén khí trục vít gồm hai trục: Trục trục phụ Các hai trục vít ăn khớp với số trục vít lồi số trục vít lõm từ đến răng, hai trục vít phải quay đồng với
Hình 1.14: Máy nén khí kiểu trục vít
4.3.2 Nguyên lý hoạt động:
Hai rotor có trục đặt song song ( rotor có rotor cịn lại có rãnh ) Hoạt động theo ngun lý thay đổi thể tích Thể tích khoảng trống thay đổi trục vít quay vịn Như tạo q trình hút ( thể khí khoảng trống tăng lên), q trình nén ( thể tích khoảng trống nhỏ lại)Và cuối trình đẩy
4.3.3 Ưu- khuyết điểm:
Khơng khí khơng bị xung
Rất tin cậy: tuổi thọ máy cao ( 15.103 đến 40.103 h)
Nhỏ gọn
Không sinh dao động Tỷ số nén bị hạn chế tầng Giá thành cao
Gây tiếng ồn
(18)17
Hình 1.15: Máy nén khí kiểu trục vít lưu động 4.4 Máy nén khí kiểu Root:
4.4.1 Cấu tạo:
Máy nén khí kiểu root gồm có cánh quạt (Pittơng có dạng hình số 8)
(19)18 4.4.2 Nguyên lý hoạt động:
Các piston quay đồng bộ truyền động ngồi thân máy, q trình quay khơng tiếp xúc Như khả hút máy phụ thuộc vào khe hở piston, ke hở phần quay thân máy
4.4.3 Ưu – khuyết điểm:
Khí nén tạo khơng bị xung bị nhiễm dầu Ít tạo dao động
Có độ mịn xi lanh
4.5 Máy nén khí kiểu Turbin:
4.5.1 Cấu tạo máy nén khí kiểu ly tâm
Máy nén khí ly tâm sử dụng đĩa xoay hình cánh quạt bánh đẩy để ép khí vào phầm rìa bánh đẩy làm tăng tốc độ khí Bộ phận khuếch tán máy chuyển đổi lượng tốc độ thành áp suất Máy nén khí ly tâm thường sử dụng ngành cơng nghiệp nặng môi trường làm việc liên tục Chúng thường lắp cố định Công suất chúng từ hàng trăm đến hàng ngàn mã lực Với hệ thống làm việc gồm nhiều máy nén khí ly tâm, chúng tăng áp lực đầu 10000 lbf/in² (69 MPa)
Nhiều hệ thống làm tuyết nhân tạo sử dụng loại máy nén Chúng sử dụng động đốt trong, nạp động tua-bin Máy nén khí ly tâm sử dụng động tua-bin gas nhỏ giống tầng nén khí cuối động tua-bin gas cỡ trung bình
Hình 1.17: Máy nén khí kiểu Turbin
4.5.2 Nguyên lý hoạt động:
Là máy nén khí dịng liên tục, đặc biệt có lưu lượng lớn, gồm loại dọc trục hướng tâm Tốc độ dòng chảy khí lớn, tăng tốc tăng số lượng cánh Turbin
4.5.3 Ưu – khuyết điểm:
(20)19
Các stator di động cho phép chỉnh lưu lượng Tuổi thọ cao địi hỏi bảo trì
Hiệu suất cao Kết cấu phức tạp
Làm việc với tốc độ cao nên nhạy với ăn mịn Khó hiệu chỉnh
5 Bộ lọc( cụm bảo dưỡng):
Hình 1.18: Cụm bảo dưỡng
5.1.Van lọc:
Van lọc có nhiệm vụ tách thành phần chất bẩn nước khỏi khí nén Có nguyên lý thực hiện:
Chuyển động xoáy dịng áp suất khí nén van lọc
Phần tử lọc xốp làm chất như: vảy dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thiêu kết vật liệu tổng hợp
Bộ chỉnh áp suất
Bộ lọc
Bộ bôi trơn Vách ngăng
Lưới lọc
Vít xả nước
Bình lọc
(21)20 5.2.Van điều chỉnh áp suất:
Hình 1.19: Van điều chỉnh áp suất
Van điều chỉnh áp suất có cơng dụng giữ áp suất điều chỉnh thay đổi, có thay đổi bất thường tải trọng làm việc phía đường dao động áp suất đường vào van
5.3.Van tra dầu:
Để giảm ma sát, ăn mòn gỉ phần tử hệ thống điều khiển khí nén, thiết bị lọc có thêm van tra dầu.( Nguyên tắc tra dầu thực theo nguyên lý tra dầu Venturi)
Hình 1.20: Van tra dầu
6 Thiết bị xử lý khí nén 6.1.Yêu cầu khí nén:
Khí nén tạo từ máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ bẩn có mức độ khác Chất bẩn gồm: bụi, độ ẩm khơng khí, phần tử cặn chất bôi trơn Hơn q trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, gây nên q trình xy hóa số phần tử kể trên.Như khí nén bao gồm chất bẩn tải ống dẫn khí, tạo nên ăn mịn,hon rỉ ống dẫn phần tử hệ thống điều khiển
(22)21 6.2 Phương pháp xử lý khí nén:
Hình 1.21: Các giai đoạn xử lý khí nén
6.2.1 Bình ngưng tụ- làm lạnh khơng khí (bằng nước):
Khí nén sau khỏi máy nén khí dẫn vào bình ngưng tụ Tại áp suất khí nén làm lạnh phần lớn lượng nước chứa khơng khó ngưng tụ tác
Làm lạnh khơng khí, nhiệt độ khí nén bình ngưng tụ đạt
trong khoảng từ 300C đến 350C Làm lạnh nước (nước làm lạnh có nhiệt độ100C) nhiệt độ bình ngưng tụ đạt 200C
1 Van an toàn
2 Hệ thống ống dẫn nước làm lạnh Cửa dẫn nước làm lạnh vào
4 Cửa khí nén sau tách nước
Thùng chứa nước ngưng tụ Cửa nước sau ngưng tụ Cửa dẫn khí nén vào để tách nước
Hình 1.22: Nguyên lý hoạt động bình ngưng tụ nước
(23)22
Nguyên lý phương pháp sấy khô chất làm lạnh là: khí nén qua phận trao đổi nhiệt khí- khí Tại đây, dịng khí nén vào làm lạnh sơ dịng khí nén sấy khô xử lý từ ngưng tụ lên
Sau làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào phận trao đổi nhiệt khí- chất làm lạnh Quá trình làm lạnh thực cách cho dịng khí nén chuyển động đảo chiều ống dẫn Nhiệt độ hóa sương 20C
Như lượng nước dịng khí nén vào ngưng tụ
Dầu, nước, chất bẩn sau tách khỏi dòng khí nén đưa ngồi qua van nước ngưng tụ tự động(4) Dịng khí nén làm lạnh đưa đến phận trao đổi nhiệt (1) để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 60C đến 80C trước đưa vào sử dụng
Chu kỳ hoạt động chất làm lạnh thực máy nén để phát chất làm lạnh (5) Sau chất làm lạnh nén qua máy nén, nhiệt độ tăng lên, bình ngưng tụ(6) có tác dụng làm nguội chất làm lạnh quạt gió Van điều chỉnh lưu lượng (8) rơle nhiệt độ(7) có nhiệm vụ điều chỉnh dịng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động có tải, không tải nhiệt Bộ phận trao đổi nhiệt khí-khí
2 Bộ phận trao đổi nhiệt khí-chất làm lạnh
3 Bộ phận kết tủa
4 Van thoát nước ngưng tụ tự động Máy nén phận làm lạnh Bình ngưng tụ
7 Rơ lê điều chỉnh nhiệt độ
8 Van điều chỉnh lưu lượng chất làm lạnh
Hình 1.23: Thiết bị sấy khơ chất làm lạnh
6.2.3 Thiết bị sấy khô chất hấp thụ
(24)23
Chất sấy khô thường sử dụng: silicagen SiO2, nhiệt độ điểm sương -500C,
tái tạo từ 1200C đến 1800C
Hình 1.24: Thiết bị sấy khơ chất hấp thụ Nguyên lý hấp thụ trình vật lý:
Q trình hóa học: Thiết bị gồm bình chứa chất hấp thụ (thường dùng NaCl)
Khơng khí ẩm đưa vào cửa (1) qua chất hấp thụ (2) Lượng nước khơng khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nưosc lắng xuống đáy bình Phần nước ngưng tụ dẫn ngồi van (5) Phần khơng khí khơ theo cửa (4) vào hệ thống
(25)24
BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN Giới thiệu:
Sau học xong học này, người học có khả trình bày cấu tạo, ký hiệu phần tử hệ thống khí nén-thủy lực
Mục tiêu:
- Biết nhiệm vụ, hoạt động phần tử hệ thống khí nén, điện khí nén
- Lắp đặt vận hành phần tử hệ thống điện khí nén - Lắp đặt vận hành phần tử hệ khí nén
- Rèn luyện tính chủ động, tư khoa học, nghiêm túc học tập công việc
1 Khái niệm:
Một hệ thống điều khiển thông thường bao gồm phần tử sau: Nguồn: nguồn khí nén với áp suất làm việc ( 6- bar)
Phần tử đưa tín hiệu vào: nhận giá trị tín hiệu vào, phần tử mạch như: nút nhấn, cơng tắc hành trình, cảm biến,…
Phần tử xử lý tín hiệu: tín hiệu vào xử lý theo quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái phần tử điều khiển như: Van tiếc lưu, van logic AND OR
Phần tử điều khiển: điều khiển dòng lượng theo yêu cầu, thay đổi trang thái cấu chấp hành như: Van đảo chiều, ly hợp
Cơ cấu chấp hành: làm thay đổi trang thái đối tượng điều khiển, đại lượng mạch điều khiển như; xy lanh, động
2 Cơ cấu chấp hành: 2.1 Xy lanh:
(26)25
Hình 2.1: Cấu tạo ký hiệu xy lanh tác động đơn phục hồi lò xo - Xy lanh tác động phía, piston có trục
Hình 2.2: Cấu tạo ký hiệu Xy lanh tác động phía, piston có trục
2.2 Động khí nén:
(27)26
Hình 2.3: Động khí nén
3.Van đảo chiều: 3.1 Van 2/2:
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng lượng cách đóng – mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng dòng lượng
Ký hiệu:
2
1
Hình 2.4: Ký hiệu van đảo chiều 2/2 Chỉ số đầu số cổng
Chỉ số thứ số vị trí(số vng)
Sự chuyển đổi nịng van biểu diễn vng liền nhau, dịng lượng di chuyển theo chiều mũi tên, bị chặn lại chữ ký hiệu chữ T
3.2 Van đảo chiều không trì 3/2 :
(28)27
Hình 2.5: Cấu tạo ký hiệu Van đảo chiều khơng trì 3/2
3.3 Van đảo chiều trì 5/2:
* Cấu tạo, ký hiệu:
4
5
1
14 12
Hình 2.6: Cấu tạo ký hiệu Van đảo chiều trì 5/2
4 Nút nhấn:
4.1.Nút nhấn 3/2:
(29)28
2
1
Hình 2.7: Ký hiệu nút nhấn thường đóng khơng trì
- Nút nhấn 3/2 thường mở khơng trì:
2
1
Hình 2.8: Ký hiêu nút nhấn 3/2 thường mở khơng trì
4.2 Nút nhấn 5/2:
- Nút nhấn 5/2 khơng trì
4
5
1
Hình 2.9: Ký hiệu Nút nhấn 5/2 khơng trì - Nút nhấn 5/2 trì( cơng tắc)
4
5
3
Hình 2.10: Ký hiệu nút nhấn 5/2 trì( cơng tắc)
5 Cơng tắc hành trình:
- Cơng tắc hành trình tác động hai chiều:
(30)29
Hình 2.12: Ký hiệu cơng tắc hành trình tác động hai chiều thường đóng
Hình 2.13: Ký hiệu cơng tắc hành trình tác động hai chiều thường mở - Cơng tắc hành trình tác động chiều
Hình 2.14: Cơng tắc hành trình tác động chiều
2
1 3
Hình 2.15: Ký hiệu cơng tắc hành trình tác động chiều thường đóng 2
1 3
(31)30 6.Van tiếc lưu:
100%
Hình 2.17: Cấu tạo ký hiệu van tiết lưu chiều
100%
Hình 2.18: Cấu tạo ký hiệu van tiết lưu chiều
Van tiếc lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức điều chỉnh vận tốc thời gian chạy cấu chấp hành Nguyên lý làm việc van tiếc lưu lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào thay đồi tiết diện
7.Van logic:
7.1 Van OR( van thoi):
1
2
Hình 2.19: Cấu tạo ký hiệu Van OR( van thoi)
Van có cổng vào E1 , E2, cổng A Khi E1 làm việc E2 bị đóng(
do dịng khí nén đẩy viên bi màng chắn) Lúc khí nén từ E1 đến A
đến cấu điều khiển Khi cổng E2 làm việc cổng E1 đóng lại, khí nén từ
E2 đến A đến cấu điều khiển
(32)31 7.2.Van AND ( van áp lực)
1
2
Hình 2.20: Cấu tạo ký hiệu Van AND ( van áp lực)
Van có cổng vào E1 , E2, cổng A.khi khí nén cổng A phải tác
động lúc cổng E1 E2 trường hợp áp suất khác ,thì
dịng áp suất khí nén đến cổng A từ cổng có áp suất nhỏ hơn, cịn cổng có áp suất nhỏ bị khóa lại Van dùng để điều khiển tín hiệu hóa đảm bảo an tồn làm việc
8.Van trì hỗn thời gian:
8.1.Van trì hỗn thời gian thường đóng:
100%
2
1 12
3
Hình 2.21: Cấu tạo ký hiệu Van hỗn thời gian thường đóng
(33)32
cổng vào xy lanh điều khiển Kết cổng cổng bị ngắt sau thời gian trì hỗn
8.2.Van trì hỗn thời gian thường mở:
Tương tự van trì hỗn thời gian 3/2 thường đóng, van có van 3/2 thường mở Dịng khí nén qua van tiết lưu đến bình chứa khí, đạt áp suất điều chỉnh dịng khí nén tác động vào van 3/2 làm cổng cổng thơng nhau, khí ngồi Kết cổng cổng bị ngắt sau thời gian trì hỗn
100%
2
1 10
3
Hình 2.22: Ký hiệu Van trì hỗn thời gian thường mở
9 Van áp suất:
9.1 Van an toàn:
- Nguyên lý làm việc:
Van an tồn có nhiệm vụ giữ cho áp suất lớn mà hệ thống tải Khi áp suất lớn áp suất cho phép hệ thống dịng áp suất khí nén thắng lực lị xo khí nén theo cửa R ngồi khơng khí
Hình 2.23: Cấu tạo van an toàn - Ký hiệu van an toàn:
(34)33 9.2 Van tràn:
- Nguyên lý làm việc:
Nguyên tắc hoạt động van tràn tương tự van an toàn, khác chỗ áp suất cửa P đạt giá trị xác định cửa P nối với cửa A nối với hệ thống điều khiển
- Ký hiệu:
Hình 2.25: Ký hiệu van tràn
9.3 Van điều chỉnh áp suất:
- Nguyên lý làm việc:
Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất khơng đổi có thay đổi bất thường tải trọng làm việc phía đầu dao động áp suất đầu vào
Nguyên lý làm việc: điều chỉnh trục vít, tức điều chỉnh vị trí đĩa van
Trong trường hợp áp suất đầu tăng so với áp suất điều chỉnh, khí nén qua lỗ thơng tác dụng lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua cửa xả khí ngồi Đến áp suất đầu giảm xuống áp suất điều chỉnh kim vansẽ trở vị trí ban đầu.(hình)
Ký hiệu:
(35)34
Hình 2.27: Cấu tạo nguyên lý hoạt động van điều chỉnh áp suất
9.4.Rơ le áp suất:
Rơle áp suất có nhiệm vụ đóng mở cơng tắc điện, áp suất hệ thống vượt mức yêu cầu
Trong hệ thống điều khiển điện- khí nén, rơ le áp suát coi phần tử chuyển đổi tín hiệu điện- khí nén Cơng tắc điện đóng, mở tương ứng với áp suất khác điều chỉnh vít điều chỉnh
(36)35 10 Van xả nhanh:
Van có cổng vào 1, cổng xả Thì khí nén vào cổng đẩy viên bi màng ngăn đóng cổng lại, lúc dịng khí nén qua cổng tác động đến xy lanh đẩy piston duỗi Khi piston thụt vào, áp lực khí nén đẩy viên bi đóng cổng 1, lúc cổng thơng khí ngồi Van dùng để xả lượng khí lớn ngồi nhanh chóng nên tăng tốc độ thụt vào piston
11 Van chân không:
Van chân khơng cấu có nhiệm vụ hút giữ chi tiết lực chân không, chân không tạo bơm chân không hay nguyên lý ống venturi Ký hiệu:
P
U
Hình 2.30: Cấu tạo ký hiệu van chân không Ta có lực hút chân khơng:
(37)36
- Giới thiệu van chân không:
Bộ điều tốc chân không từ Van chân không VSMR Series khí nén làm việc theo nguyên lý van chân không Ejector (Vacuum Cartridge) Được sử dụng nhiều cơng nghiệp dây chuyền tự động hóa, cánh tay robot thời gian đáp ứng nhanh
Hình 2.32: Van chân khơng VSMR Series - Độ chân không max: -26.5 inHg (-90kPa)
- Lưu lượng dòng chảy: scfm (85 Nl/min)
-Nguồn khí cung cấp: 43~87 psi, max 101.5psi (4~6bar, max7bar) - Lưu lượng khí tiêu thụ: 0.7 ~1.13 scfm (20~32 Nl/min)
- Kiểu khí cung cấp: khí khơ - Nhiệt độ làm việc : -4˙F ~ 176˙F - Độ ồn: 60-65 dBA
12 Van kiểm tra:( Van chiều):
(38)
37 13 Van tuần tự:
Hình 2.33: Van
Van làm việc van áp suất, áp suất giá trị cài đặt van mở ra, dịng khí thổi từ cổng sang cổng 2, cổng đóng lại
14 Cảm biến tia:
Cảm biến tia loại cảm biến không tiếp xúc, tức q trình cảm biến khơng cần tiếp xúc phận cảm biến chi tiết
Cảm biến tia có loại: Cảm biến tia rẽ nhánh, cảm biến tia phản hồi cảm biến tia qua khe hở
14.1 Cảm biến tia rẽ nhánh:
(39)38 14.2 Cảm biến tia phản hồi
Hình 2.35: Cấu tạo ký hiệu cảm biến hình tia phản hồi Nếu khơng bị chặn dịng khí thẳng (X=0)
Nếu bị chặn dịng khí phản hồi (X=1)
14.3 Cảm biến tia qua khe hở:
Gồm hai phận: phận phát phận nhận, thường phận phát phận nhận có áp suất p
(40)39
BÀI 3: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN Giới thiệu:
Sau học xong học này, người học có khả thiết kế mạch điều khiển khí nén mạch ứng dụng
Mục tiêu:
- Biết biểu diễn biểu đồ trạng thái để thể u cầu cơng nghệ mạch khí nén
- Hiểu vận dụng phương pháp thiết kế vào thiết kế mạch khí nén
- Rèn luyện tính chủ động, tư khoa học, nghiêm túc học tập công
việc
1 Biểu diễn chức trình điều khiển 1.1 Biểu đồ trạng thái:
1.1.1 Ký hiệu
P
t Công tắc ngắt nguy hiểm
Nút đóng
Nút đóng ngắt Nút ngắt
Cơng tắc chọn chế độ làm việc ( tay, tự động)
Nút tự động Nút ấn Đèn báo
Nút ấn tác động đồng thời
Phần tử áp suất
Phần tử thời gian
Tín hiệu rẽ nhánh
Liên kết OR
Liên kết AND
Phần tử tác động
Liên kết OR có nhánh phủ định
S
(41)40 1.1.2 Thiết kế biểu đồ trạng thái:
- Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái phần tử mạch, mối liên hệ phần tử trình tự chuyển mạch phần tử
- Trục tọa độ thẳng dứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, góc quay, áp st )
- Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn bước thực thời gian hành trình
- Hành trình làm việc chia thành bước Sự thay đổi trạng thái bước được biểu diễn nét đậm Sự liên kết tín hiệu biểu diễn đường nét nhỏ chiều tác động biểu diễn mũi tên
Ví dụ1: Thiết kế biểu đồ trạng thái quy trình điều khiển sau:
Xy lanh tác dụng chiều A duỗi tác động vào nút ấn 1.2 1.4 Muốn xylanh thụt phải tác động đồng thời nút ấn 1.6 1.8
Biểu đồ trạng thái xylanh A biểu diễn hình 4.2 - Nút ấn 1.2 nút ấn 1.4 liên kết OR
- Nút ấn 1.6 1.8 liên kết AND
- Xy lanh duỗi ký hiệu dấu “+”, xylanh lùi vào ký hiệu “- “
Hình 3.2: Biểu đồ trạng thái xylanh A
4 14 12 3 3 1 1
1
A
O R A ND
(42)41 1.2 Sơ đồ chức
1.2.1 Ký hiệu
- Sơ đồ chức bao gồm bước thực lệnh Các bước thực ký hiệu theo số thứ tự lệnh gồm tên lệnh, loại lện vị trí ngắt lệnh
- Ký hiệu bước thực (hình 3.4) Tín hiệu a1 bước thực điều
khiển lệnh điều khiển (van đảo chiều, xylanh động cơ) biểu diễn đường thẳng nằm bên phải phía ký hiệu bước thực - Tín hiệu vào biểu diễn đường thẳng nằm phía bên trái ký hiệu bước thực Bước thực thứ n có hiệu lực lệnh bước thực thứ (n-1) trước phải hồn thành đạt vị trí ngắt lệnh Bước n bị xóa bước thực sau có hiệu lực
- Ký hiệu lệnh thực gồm phần: tên lệnh, loại lệnh vị trí ngăt lệnh Tín hiệu lệnh khơng cần biểu diễn vng bên phải ký hiệu Ví dụ: Tín hiệu a1 điều khiển van đảo chiều V1 lệnh SH (loại lệnh
nhớ, dòng lượng hệ thống đi) Với tín hiệu A1 từ van đảo
chiều điều khiển pittong duỗi lệnh NS (khơng nhớ)
Hình 3.4: Ký hiệu bước lệnh
thực sơ đồ chức
(43)42 1.2.2 Ví dụ thiết kế sơ đồ chức năng:
Nguyên lý làm việc máy khoan: Sau chi tiết kẹp(xylanh 1.0 duỗi ra) Đầu khoan bắt đầu xuống (Xylanh 2.0) khoan chi tiết Khi đầu khoan thụt trở chi tiết tháo ra(xylanh 1.0 thụt về)
(44)43
1
4
5
3
14 12
2
S2
S1 S3 S4
2 3 S2 S3 S4 P E 12 10 S1
Hình 3.8: Sơ đồ mạch khí nén máy khoan Sơ đồ chức thiết kế:
- Tín hiệu lệnh thực hiện, ví dụ lệnh thực tác động trục tiếp lên cấu chấp hành (xylanh 1.0 duỗi ra) Sau lệnh thứ thực xong, vị trí ngắt lệnh thực thứ cơng tắc hành trình S2, bước thực thứ
2 có hiệu lực Theo quy trình lện thứ phải có nhớ.(hình 4.9)
(45)44 1.3 Lưu đồ tiến trình
1.3.1 Ký hiệu
- Lưu đồ tiến trình biểu diễn phương pháp giải trình điều khiển
(46)45
- Lưu đồ tiến trình có ưu điểm vạch hướng tổng quát trình điều khiển có tác dụng phương tiện thơng tin người sản xuất phần tử điều khiển kỹ thuật viên sử dụng
1.3.2 Ví dụ thiết kế lưu đồ tiến trình:
*
Nguyên tắc hoạt động mạch điều khiển thực sau:
- Bước 1: Khi pittong vị trí ban đầu(E1 = 1; E2 = 0), nút ấn khởi động E0 tác
động, pittong duỗi (Z1 +)
- Bước 2: Khi pittong duỗi cuối hành trình, chạm vào cơng tắc hành trình E2,
pittong thụt
- Bước 3: Tại vị trí ban đầu, pittong chạm vào cơng tắc hành trình E1, trình
điều khiển kết thúc * Lưu đồ tiến trình
Hình 3.13: Lưu đồ tiến trình
(47)46 2 Các phương pháp điều khiển
Bao gồm:
- Điều khiển tay
- Điều khiển tùy động theo thời gian - Điều khiển tùy động theo hành trình - Điều khiển theo tầng
- Điều khiển theo nhịp
( Giáo trình khơng viết điều khiển tùy động theo hành trình theo nhịp Vì phương phán sử dụng so với phương pháp điều khiển theo tầng)
2.1 Điều khiển tay
Điều khiển tay ứng dụng phần lớn mạch điều khiển khí nén đơn giản gá kẹp chi tiết, khoan…
2.1.1 Điều khiển trực tiếp:
Điều khiển trực tiếp có đặc điểm chức đưa tín hiệu phần tử đảm nhận hai phần tử riêng biệt
Ví dụ 1: mạch điều khiển trực tiếp sử dụng phần tử
(48)47 2.1.2 Điều khiển gián tiếp:
- Pittong duỗi thụt điều khiển phần tử nhớ 1.3(Hình vẽ 4.16)
(49)48
- Mạch điều khiển xylanh tác động chiều với phần tử nhớ 1.3:
2.2 Điều khiển tùy động theo thời gian
Khi nhấn nút ấn 1.1 van đảo chiều 1.3 đổi vị trí, pittơng 1.0 duỗi ra, đồng thời khí nén qua cửa X để vào phần tử thời gian 1.2 Sau khoảng thời gian” t” van 1.3 đổi vị trí xylanh 1.0 thụt
(50)49
- Điều khiển tùy động theo thời gian có chu kỳ tự động (Hình 4.19)
Hình 3.19: Sơ đồ mạch điều khiển tùy động theo thời gian có chu kỳ tự động - Điều khiển vận tốc van tiết lưu chiều
(51)50 60%
Hình 3.20: Điều khiển vận tốc van tiết lưu - Điều khiển vận tốc van khí nhanh (Hình 4.21)
Khi ấn nút ấn 1.1, vận tốc xylanh 1.0 chậm Khi ngắt nút ấn, vận tốc vào xylanh tăng lên nhờ khí nén van xả khí nhanh
4 3
2.3 Điều khiển theo tầng: - Đặc điểm:
Phương pháp thiết kế theo tầng hệ thống khí nén chia thành nhiều nhóm nhỏ, tránh xảy tín hiệu đối lập, thời điểm có nhóm hoạt động mà thơi Tuần tự hoạt động hệ thống khí nén tùy thuộc vào sơ đồ mạch thiết kế
Các bước thiết kế mạch điều khiển theo tầng mạch khí nén Bước1:
Vẽ sơ đồ bước dịch chuyển hoạt động theo piston xy lanh
2 Bước 2:
Chia tầng cho khơng xuất hai kí tự giống tầng Hình 3.21: Điều khiển vận tốc van thoát
(52)51
3 Bước 3:
Vẽ sơ đồ tác động( hoạt động) đến van điều khiển, cảm biến hay công tắc hành trình thể dấu mũi tên
4 Bước 4:
Vẽ sơ đồ dẫn động, van điều khiển công tắc hành trình( mạch động lực)
5 Bước 5:
Hồn thành sơ đồ mạch điều khiển theo tầng cho tầng( mạch điều khiển)
Ví dụ 1: Hồn thành sơ đồ mạch khí nén điều khiển hoạt động hai xy lanh A,B
theo tuần tự: A + B + B – A –
- Bước 1: Sơ đồ hành trình bước hoạt động hai xy lanh A B: A : Chỉ hoạt động piston A
B : Chỉ hoạt động piston B Số 1: Chỉ vị trí piston duỗi
Số 0: Chỉ vị trí piston thụt vào
1,2,3,4, : Chỉ bước hoạt động piston xy lanh A B
Hình 3.22: Sơ đồ hành trình bước máy Khoan - Bước 2: Chia tầng:
- Bước 3: Sơ đồ tác động đến van ( sơ đồ hành trình hoạt động tuần tự):
(53)52
4
1
A+ A
-60% A1 A0
B+ B
-60% B1 B0 T T E1 E2
Hình 3.23: Mạch động lực cụm đảo tầng - Bước 5: Vẽ mạch điều khiển:
Hình 3.24: Mạch khí nén tầng điều khiển xylanh
Cụm đảo tầng:
- tầng:
T E1 E2 T
(54)53
- tầng:
4 E2 T T T E1 E3
- tầng:
4 E2 T T T E3 T 4 E1 E4
Ví dụ 2: Thiết kế mạch Khí nén hoạt động theo trình tự sau: A+ A- B+ B-
Sơ đồ hành trình hoạt động tuần tự:
Hình 3.26: Cụm đảo tầng tầng
(55)54
Hình 3.28: Sơ đồ khí nén tầng điều khiển xylanh với chu kỳ tự động lặp lại
3 Một số kí hiệu hệ thống khí nén 3.1 Kí hiệu thiết bị khí nén:
1 Bình chứa khí nén: Thiết bị xử lý khí:(
Bộ bảo dưỡng) Bộ lọc:
(56)55
2
1
7 Xy lanh tác động đơn phục hồi lò xo
8 Xy lanh tác động kép
có đệm giảm chấn: Van đảo chiều 2/2:
2 3
10 Van đảo chiều 3/2 thường đóng:
11 Van đảo chiều 3/2 thường mở:
12 Van đảo chiều 4/2:
4 3 100%
13 Van đảo chiều 5/2: 14 Van điều chỉnh áp suất:
15 Van tiết lưu chiều:
100%
16 Van tiết lưu chiều: 17 Nguồn khí nén: 18 Động khí nén:
19 Máy nén khí:
(57)56 3.2.2 Tác động khí:
3.2.3 Tác động khí nén:
(58)57 CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI
Hãy thiết kế mạch điều khiển khí nén hoạt động lặp lại theo sau:
Bài tập 1:
Xy lanh A đẩy chi tiết dạng trụ vào thùng kiểm tra thông qua dịch chuyển tới lui piston, làm việc sau:
- Nhấn nút nhấn piston hết hành trình khoảng 0,6s đến cuối hành trình piston dừng lại 1s
- Sau piston tự quay thời gian 0,4s
- Chu trình tiếp tục hoạt động thùng chứa chi tiết, khơng cịn chu trình ngừng hoạt động
Bài tập
Thiết bị ép nóng bao bì gồm piston A mang gia nhiệt để hàn dính vật liệu bao bì làm việc sau:
Khi bậc cơng tắc piston mang gia nhiệt xuống chậm thực ép nóng áp suất đạt 3bar thời gian khoảng 3s tự động quay nhanh
Xy lanh phải chờ 2s, sau bắt đầu chu kỳ Khi nhấn nút mạch hoạt động chu kỳ Khi bậc cơng tắc thiết bị hoạt động liên tục
Bài tập 3: Băng tải
Bậc công tắc piston duỗi thụt vào liên tục băng tải hoạt động Mở công tắc piston dừng
Bài tập 4: Máy lắp ráp
Ấn nút Start, chi tiết (1) lắp vào chi tiết (2) piston A với tốc độ chậm Sau chi tiết (3) lắp vào chi tiết (1)và (2) piston B với tốc độ chậm Thì Piston A thụt vào nhanh , sau Piston B thụt vào nhanh Q trình lặp lại ấn lại Start, mạch hoạt động hết hành trình dừng
Bài tập 5: Máy lắp Khoan
Ấn nút trì Start, piston A duỗi chậm kẹp chi tiết, kẹp chặt chạm công tắc hành trình a1, a1 điều khiển piston B(điều khiển cần khoan) duỗi chậm khoan
chi tiết, khoan xong cơng tắc hành trình b1 tác động, b1 điều khiển piston B thụt
vào nhanh gặp công tắc hành trình b0 , b0 tác động điều khiển piston A thụt vào
nhanh để lấy chi tiết Quá trình lặp mở nút nhấn Start, mạch hoạt động hết chu trình dừng
(59)58 Bài tập 5: Máy đóng dấu chi tiết
Các xy lanh A, B, C bố trí phương khơng gian, xy lanh A thực việc kẹp chi tiết, xy lanh B đóng dấu, xy lanh C đẩy chi tiết khỏi vị trí gia cơng
Xy lanh A đẩy chi tiết kẹp chi tiết
Sau kẹp xong xy lanh B đóng dấu lên chi tiết
Đóng dấu xong xy lanh B trở vị trí ban đầu, xy lanh A mở chi tiết Xy lanh C đẩy chi tiết vào thùng chứa trở vị trí ban đầu
Bài tập 6: Thiết bị uốn
Thiết bị gồm xy lanh nằm mặt phẳng, xy lanh A B bố trí vng góc Phơi dạng đưa vào tay uống xy lanh A B mang đầu định hình khối định vị
Xy lanh A vào kẹp chi tiết lại
Xy lanh B uốn sơ chi tiết trở vị trí ban đầu
Xy lanh C uốn hoàn chỉnh chi tiết trở vị trí ban đầu Xy lanh A thụt vào tháo chi tiết
Bài tập 7: Máy Khoan –Doa
Sau ấn nút Start, chi tiết bắt đầu khoan xy lanh A Cuối hành trình xy lanh B dũi đẩy chi tiết sang vị trí doa, doa xong lổ, xy lanh C thụt vào Kế tiếp piston B thụt vào để trở vị trí đầu khoan cuối hành trình chi tiết thao tay
Bài tập 8: Thiết bị cắt
Thiết bị gồm xy lanh bố trí theo hai phương Phôi dạng nạp tự động nhờ xy lanh A, B Xy lanh C kẹp phôi xy lanh D mang dao làm nhiệm vụ cắt
Xy lanh A xuống kẹp phôi
(60)59
(61)60
BÀI 4: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN DÙNG CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG, ĐIỆN CẢM
Giới thiệu:
Sau học xong học này, người học có khả thiết kế mạch khí nén dùng cảm biến điện dung, điện cảm
Mục tiêu:
- Trình bày nguyên lý hoạt động mạch khí nén xilanh dung cảm biến điện cảm, điện dung
- Lắp đặt vận hành mạch Điện- khí nén xilanh yêu cầu kỹ thuật - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị
- Rèn luyện tính chủ động, tư khoa học, nghiêm túc học tập công việc
1 Khái niệm:
Điều khiển điện khí nén kết hợp khí nén điện, dùng điện để điều khiển khí nén
Hình 4.1: Mạch Điện khí nén
2 Nút nhấn:
Trong kỹ thuật điều khiển, cơng tắc, nút ấn thuộc phần tử đưa tín hiệu Có loại nút nhấn:
2.1 Nút ấn đóng thường mở:
(62)61
Hình 4.2: Nút nhấn thường mở ký hiệu
2.2 Nút ấn đóng thường đóng:
Khi chưa có tác động có dịng điện chạy qua, tác động khơng dịng điện qua
Hình 4.3: Nút nhấn thường đóng ký hiệu
2.3 Nút ấn chuyển mạch chuyển trạng thái mạch:
Hình 4.4: Nút nhấn chuyển mạch ký hiệu - Một số hình ảnh nút ấn:
(63)62 2.4 Công tắc( nút nhấn trì):
- Khi tác động vào cơng tắc trạng thái công tắc thay đổi, tiếp điểm (3-4) đóng lại, cho dịng điện qua Khi thơi tác động cơng tắc giữ ngun trạng thái Tác động vào cơng tắc lần trạng thái công tắc trở ban đầu, tiếp điểm (3-4) mở
3 Rơ le:
3.1 Rơ le đóng mạch ( cơng tắc tơ):
Trong kỹ thuật điều khiển, Rơle xem phần tử xử lý tín hiệu.Có nhiều loại rơle khác nhau, tuỳ theo công dụng Nguyên tắc hoạt động rơle từ trường cuộn dây Trong q trình đóng mở có tượng tự cảm
Nguyên lý hoạt động rơle đóng mạch biểu diễn hình vẽ:
Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất lực từ trường hút lõi sắt, có lắp tiếp điểm Các tiếp điểm tiếp điểm để đóng
Cơng tắc chuyển mạch
Hình 4.6: Cơng tắc ký hiệu công tắc
(64)63
mở mạch tiếp/điểm phụ để đóng mở mạch điều khiển Rơle đóng mạch ứng dụng cho mạch có cơng suất lớn từ kW – 500kW
3.2 Rơle điều khiển ( rơle trung gian):
Nguyên lý hoạt động rơle điều khiển tương tự rơle đóng mạch, khác rơle đóng mạch chỗ rơle điều khiển đóng mở cho mạch có cơng suất nhỏ thời gian đóng, mở tiếp điểm nhỏ (từ 1ms đến 10ms)
3.3 Rơle thời gian tác động muộn( Timer ON):
Nguyên lý hoạt động rơle tác động muộn tương tự rơle thời gian tác động muộn phần tử khí nén, điốt tương đương van chiều, tụ điện bình trích chứa, biến trở R1 van tiết lưu Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp tải trình ngắt
3.4 Rơle thời gian nhả muộn ( Timer OFF):
Nguyên lý hoạt động rơle thời gian nhả muộn tương tự rơle thời gian nhả muộn phần tử khí nén, điốt tương đương van chiều, tụ điện bìnhtrích chứa, biến trở R1 van tiết lưu Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ làm giảm điện áp tải trình ngắt
Hình 4.8: Rơle trung gian ký hiệu cuộn dây tiếp điểm Rơle trung gian
(65)64
- Một số hình ảnh rơle trung gian, rơle thời gian:
4 Van điện từ
Một cuộn dây bị tác động dịng điện cuộn dây sinh dịng điện cảm ứng, từ trường sinh ống dây tạo lực từ trường, từ trường di chuyển lõi thép đặt cuộn dây Trong q trình đóng mở có tượng tự cảm Lực điện từ tác động làm cho trạng thái nòng van thay đổi dẫn đến thay đổi hướng dịng lượng khí nén
4.1.Van điện từ 3/2 khơng trì ( trạng thái):
Rơ le thời gian Rơle trung gian
Hình 4.10: Timer OFF Ký hiệu
(66)65
Hình 4.12: Kí hiệu cấu tạo Van điện từ 3/2 khơng trì ( trạng thái)
- Nguyên lý hoạt động: Khi cuộn dây van điện từ( Solenoid) có điện, trạng thái
của van- Cuộn dây van điện từ có điện, lực từ sinh tác dụng vào ống sắt(3), kéo ống sắt từ lên, lúc dịng khí theo khe hở nhỏ xuống đẩy nòng van (4) trượt xuống, làm cho cổng số bị chặn lại vòng đệm(5), lúc lò xo (6) bị ép lại nên cổng số thơng với cổng số
Hình 4.13: Nguyên lý hoạt động Van điện từ 3/2 không trì ( trạng thái) -Ứng dụng :
(67)66
+ Điều khiển động khí nén + Điều khiển van đảo chiều
4.2.Van điện từ 5/2 khơng trì ( trạng thái): - Cấu tạo:
Hình 4.14: Cấu tạo kí hiệu Van điện từ 5/2 khơng trì ( trạng thái) -Hai chấu kết nối với nguồn
- Hộp nam châm điện có chứa cuộn dây van điện từ - Ống sắt từ
- Nòng van -Lò xo
- Nguyên lý hoạt động: Khi cuộn dây van điện từ có điện, trạng thái
van:
+ Cuộn dây van điện từ có điện, lực từ sinh tác dụng vào ống sắt từ (3), kéo ống sắt từ sang bên trái, lúc dịng khí theo khe hở nhỏ xuống đẩy nòng van (4) trượt sang bên phải, ép lị xo (5) lại
+ Vị trí nịng van lúc làm cho cổng số thơng với cổng số 4, dẫn khí lên, cổng số thơng với cổng số 3, cịn cổng số bị chặn
Hình 4.15: Nguyên lý hoạt động Van điện từ 5/2 khơng trì ( trạng thái) - Ứng dụng: Điều khiển xylanh tác động kép
4.3.Van điện từ 5/2 trì ( hai trạng thái): - Cấu tạo:
(68)67
Hình 4.16: Ký hiệu cấu tạo Van điện từ 5/2 trì ( hai trạng thái) Hai chấu kết nối với nguồn điện
Nam châm điện có chứa cuộn dây van điện từ Ống sắt từ
Nòng van
- Nguyên lý hoạt động: Khi cuộn dây van điện từ có điện, trạng thái
van:
+ Cuộn dây van điện từ 14 có điện, lực từ sinh tác dụng vào ống sắt từ(3), kéo ống sắt từ sang bên trái, lúc dịng khí theo khe hở nhỏ xuống đẩy nòng van (4) trượt sang bên phải
+ Vị trí nịng van lúc làm cho cổng số thông với cổng số 4, dẫn khí lên, cổng số thơng với cổng số 3, cổng số bị chặn
Hình 4.17: Nguyên lý hoạt động Van điện từ 5/2 trì ( hai trạng thái)
- Ứng dụng :
+ Điều khiển xy lanh tác động phía
(69)68 5 Cơng tác hành trình:
5.1 Cơng tác hành trình điện – Cơ:
Nguyên lý hoạt động cơng tắc hành trình điện - biểu diễn hình
Hình 4.18: Cơng tắc hành trình điện – ký hiệu Khi lăn chạm cữ hành trình tiếp điểm nối với
Cần phân biệt trường hợp cơng tắc thường đóng thường mở lắp cơng tắc hành trình điện - mạch
Một số hình ảnh cơng tắc hành trình
Hình 4.19: Một số hình ảnh cơng tắc hành trình
5.2 Cơng tắc hành trình nam châm ( cơng tắc lưỡi gà):
Cơng tắc hành trình nam châm thuộc loại cơng tắc hành trình khơng tiếp xúc
- Hai lò xo gọi lưỡi gà gắn ống nhỏ Với đầu xếp chồng lên gần chạm
- Khi từ trường qua ống, lưỡi gà có cực đối nghịch tiếp xúc lại với nhau, công tắc lưỡi gà tác động không cần tiếp xúc vật lý
(70)69
- Cơng tắc lưỡi gà điền đầy khí vào ống chứa để hạn chế mài mòn bụi Các lưỡi gà chồng lên thường dạng phẳng đển giảm điện trở tiếp xúc Vì cơng tác lưỡi gà có thời gian hoạt động dài khoảng 100 triệu lần làm việc
Trong hệ thống khí nén, công tắc lưỡi gà thường gắn vỏ xy lanh có từ để làm cơng tắc hành trình cho việc điều khiển hệ thống khí nén Khi piston di chuyển ngang qua cơng tắc lưỡi gà đóng tiếp điểm lại cho dịng điện qua
6 Thiết kế mạch khí nén dung cảm biến điện dung, điện cảm 6.1 Yêu cầu công nghệ:
Ấn nút Start, chi tiết (1) lắp vào chi tiết (2) piston A với tốc độ chậm Sau chi tiết (3) lắp vào chi tiết (1)và (2) piston B với tốc độ chậm Thì Piston A thụt vào nhanh , sau Piston B thụt vào nhanh Q trình lặp lại ấn lại Start, mạch hoạt động hết hành trình dừng
(71)70 6.2 Sơ đồ hành trình bước:
Sơ đồ hành trình hoạt động:
6.3 Sơ đồ mạch điện – khí nén:
4 A+ A-60% A0 A1 B+ B-60% B0 B1 +24V 0V STAR T K B0 K T2 K K T1 B1
A+ B+ A-
B-A1 A0
1
8
2
6.4 Nguyên lý hoạt động:
Cấp nguồn cho mạch, tấng ( T2) có điện, cuộn dây van điện từ A – , B - có điện
(72)71
điện tiếp điểm K phục hồi Tầng điện tầng có điện, cấp điện cho A -, piston A thụt vào, đến cuối hành trình cảm biến A0 tác động cấp điện cho B -, piston B thụt vào Kết thúc chu trình hoạt động bắt đầu chu trình nhấn lại Start mạch hoạt động hết chu trình dừng
6.5 Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân phòng ngừa
TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC
1 Dây đấu không theo màu xanh, đỏ chạm
- Đấu ngắn mạch
Đấu dây không theo quy ước: đỏ nguồn (+), xanh nguồn(-)
Đo kiểm, nối lại
- Đấu dây lại theo quy ước
2 Đầu dây chồng chéo không thẩm mỹ
Chọn cỡ dây không phù hợp Chọn lại cỡ dây
3 Mạch chạy khơng
đúng hành trình
Xác định nhầm đầu dây van điện từ
Kiểm tra xác định lại
6.6 Lắp đặt mạch mơ hình Các bước tiến hành:
Lựa chọn, kiểm tra phần tử:
- Nút nhấn:
- Rơ le trung gian: - Van điện từ 5/2 :
Cách kiểm tra nút nhấn rơ le trung gian thực học môn thực hành trang bị điện
Cách kiểm tra van điện từ:
+ Dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút van điện từ
+ Cấp điện cho cuộn hút van cấp khí cho van để kiểm tra điều khiển dịng khí nén van
Bố trí thiết bị:
Các thiết bị bố trí bảng mạch phải đảm bảo chắn, gọn đẹp đồng thời dễ dây sửa chữa
Lắp đặt mạch:
(73)72
- Lắp mạch điều khiển:
+ Lắp điểm dây âm trước
+ Lắp từ xuống, từ trái sang phải
Kiểm tra mạch:
Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( x 10)
- Đặt đầu VOM vào đầu cấp nguồn mạch, đo điện trở A- Nhấn START, đo điện trở K
Vận hành mạch:
Cấp nguồn khí nén, điện
- Nhấn START mạch hoạt động - Nhấn SET mạch gặp cố
- Nhấn( Mở) STAR để dùng mạch
CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI
Thiết kế mạch khí nén dung cảm biến điện dung, điện cảm hoạt động lặp lại Hãy thiết kế mạch điều khiển điện khí nén hoạt động lặp lại theo sau: A+ B+ A- B-
(74)73
BÀI 5: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN DÙNG CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN Giới thiệu:
Sau học xong học này, người học có khả thiết kế mạch khí nén dùng cảm biến quang điện
Mục tiêu:
- Trình bày nguyên lý hoạt động mạch khí nén xilanh dung cảm biến quang điện
- Lắp đặt vận hành mạch Điện- khí nén xilanh yêu cầu kỹ thuật - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị
- Rèn luyện tính chủ động, tư khoa học, nghiêm túc học tập công việc
1 Yêu cầu cơng nghệ:
Ấn nút trì Start, piston A duỗi chậm kẹp chi tiết, kẹp chặt chạm cơng tắc hành trình a1, a1 điều khiển piston B(điều khiển cần khoan) duỗi chậm khoan chi tiết, khoan xong cơng tắc hành trình b1 tác động, b1 điều khiển piston B thụt vào nhanh gặp công tắc hành trình b0 , b0 tác động điều khiển piston A thụt vào nhanh để lấy chi tiết Quá trình lặp mở nút nhấn Start, mạch hoạt động hết chu trình dừng
Ấn nút Set Piston A,B ln thụt vào vị trí
(75)74 2 Sơ đồ hành trình bước:
Sơ đồ hành trình hoạt động:
3 Sơ đồ mạch điện – khí nén:
4 A+ A-60% A0 A1 B+ B-60% B0 B1 +24V 0V STAR T K A0 K T2 K K T1 B1
A+ B+ B-
A-A1 B0
SET SET
1
2
4 Nguyên lý hoạt động:
Cấp nguồn cho mạch, tấng ( T2) có điện, cuộn dây van điện từ A – , B - có điện
(76)75
điện tiếp điểm K phục hồi Tầng điện tầng có điện, cấp điện cho B -, piston B thụt vào, đến cuối hành trình cảm biến B0 tác động cấp điện cho A -, piston A thụt vào Kết thúc chu trình hoạt động bắt đầu lặp lại nhấn lại vào nút Start, mạch hoạt động hết chu trình dừng Trong trình hoạt động, có cố ta nhấn SET K bị cắt điện nên tầng điện tầng có điện, piston A,B ln thụt vào vị trí
5 Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân phòng ngừa
TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC
1 Dây đấu không theo màu xanh, đỏ chạm
- Đấu ngắn mạch
Đấu dây không theo quy ước: đỏ nguồn (+), xanh nguồn(-)
Đo kiểm, nối lại
- Đấu dây lại theo quy ước
2 Đầu dây chồng chéo không thẩm mỹ
Chọn cỡ dây không phù hợp Chọn lại cỡ dây
3 Mạch chạy khơng
đúng hành trình
Xác định nhầm đầu dây van điện từ
Kiểm tra xác định lại
6 Lắp đặt mạch mơ hình Các bước tiến hành:
Lựa chọn, kiểm tra phần tử:
- Nút nhấn:
- Rơ le trung gian: - Van điện từ 5/2 :
Cách kiểm tra nút nhấn rơ le trung gian thực học môn thực hành trang bị điện
Cách kiểm tra van điện từ:
+ Dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút van điện từ
+ Cấp điện cho cuộn hút van cấp khí cho van để kiểm tra điều khiển dịng khí nén van
Bố trí thiết bị:
Các thiết bị bố trí bảng mạch phải đảm bảo chắn, gọn đẹp đồng thời dễ dây sửa chữa
Lắp đặt mạch:
(77)76
- Lắp mạch điều khiển:
+ Lắp điểm dây âm trước
+ Lắp từ xuống, từ trái sang phải
Kiểm tra mạch:
Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( x 10)
- Đặt đầu VOM vào đầu cấp nguồn mạch, đo điện trở A- , Nhấn START, đo điện trở K
Vận hành mạch:
Cấp nguồn khí nén, điện
- Nhấn START mạch hoạt động - Nhấn SET mạch gặp cố
- Nhấn( Mở) STAR để dùng mạch
CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI
Thiết kế mạch khí nén dung cảm biến quang điện hoạt động lặp lại?
Hãy thiết kế mạch điều khiển điện khí nén hoạt động lặp lại theo sau: A+ B+ A- B-
(78)77 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]- TS.Nguyễn Ngọc Phương -Hệ thống điều khiển khí nén – NXB Giáo dục – 2000 [2]- PGS TS Hồ Đắc Thọ - Cơng nghệ khí nén, Nxb KH &KT 2004
[3]- Ts Nguyễn Thị Xuân Thu, Ts Nhữ Phương Mai – Hệ thống thủy lực khí nén – NXB Lao động – 2001
công nghiệp nặng m tuyết