[r]
(1)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo
Chương CƠNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN
3.1 Phương pháp mơ tả tốn điều khiển
Trong lĩnh vực thiết kế hệ thống điều khiển nói chung lĩnh vực thiết kế hệ thống khí nén, thủy lực nói riêng- mơ tả toán điều khiển việc xác định rõ đối tượng điều khiển, nhiệm vụđiều khiển, thông số cần điều khiển, điều kiện ràng buộc… Để mô tả toán điều khiển, người ta thường dùng thuật ngữ, ký hiệu, quy ước thể dạng sơ đồ khối, biểu đồ, lưu đồ thuật toán, lưu đồ tiến trình… Trong kỹ thuật điều khiển hệ thống khí nén, thủy lực, việc mơ tả tốn điều khiển thường hay dùng Biểu đồ hành trình bước , Sơđồ chức hay Lưu đồ tiến trình
Tùy theo u cầu mơ tả tốn điều khiển, người ta sử dụng dạng biểu đồ sau:
- Biểu đồ chuyển động ( Motion diagram), hình 3.1 biểu diễn sơ đồ cơng nghệ khâu vận chuyển sản phẩm biểu đồ chuyển động cấu chấp hành Biểu đồ mang thơng tin hành trình bước xilanh
Hình 2.55 Cơng tắc hành trình hai chiều
Cơng tắc hành trình chiều
(2)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Biểu đồ chuyển động cịn mơ tả thật ngắn gọn dãy ký hiệu:
1A+ 2A+ 1A- 2A- Đọc theo thứ tự từ trái qua phải :
bước piston 1A lên( up), bước 2A (advance), bước 1A xuống (down), bước 2A (return)
- Biểu đồ hành trình thời gian
( Displacement - time Diagram)
Biểu đồ hình 3.2 ( cho ví dụ trên), ngồi thơng tin hành trình cịn biểu diễn thời gian thực bước
- Biểu đồ điều khiển (Control chart)
Hình 3.3 trình bày biểu đồ điều khiển mơ tả trạng thái đóng mở số phần tử điều khiển (van 1V cho 1A, 2V cho 2A) phần tửđưa tín hiệu ( cơng tắc hành trình 1S1) để thực bước hành trình nêu
- Biểu đồ chức (Function diagram)
Nếu tích hợp biểu đồ chuyển động (hình 3.1) biểu đồ hành trình thời gian (hình 3.2) với biểu đồ điều khiển (hình 3.3 ) ta có biểu đồ chức Ví dụ biểu đồ (hình 3.4) mơ tả tích hợp thơng tin chuyển động theo hành trình bước cấu chấp hành tác động điều khiển phần tử điều khiển cần thiết
Trong hình 3.4 quy ước kí hiệu hành trình cấu chấp hành:
- Số (1) điểm cuối hành trình - Số (0) điểm cuối hành trình thu trạng thái đóng mở phần tửđiều khiển: - Số (1) trạng thái mở, cung cấp khí nén - Số (0) trạng thái khóa, ngắt nguồn khí nén
Hình 3.2 mơ tả biểu đồ hành trình thời gian
Hình 3.3 Biểuđồ điều khiển
(3)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo - Biểu đồ hành trình bước (Displacement- Step diagram)
Các dạng biểu đồ vừa mơ tả có ý nghĩa cho việc phân tích tốn điều khiển cách chi tiết cho phần tử Tuy nhiên, để đơn giản, phù hợp tốn điều khiển khơng q phức tạp, người ta sử dụng biểu đồ hành trình bước
Biểu đồ hành trình bước biểu diễn trình tự hoạt động phần tử chấp hành hệ thống, mối quan hệ bước theo trình tự thơng qua tín hiệu điều khiển
Ví dụ biểu đồ mơ tả hình 3.5 Biểu đồ mơ tả đầy đủ thông tin cần thiết cho thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống khí nén:
-Hành trình chuyển động phần tử chấp hành; - Các phần tửđưa tín hiệu – giao tiếp
người-hệ thống, giao tiếp hệ thống – hệ thống mối quan hệ tín hiệu điều khiển
- Nguồn chiều tác động
các tín hiệu điều khiển
Tuy nhiên, cần mơ tả tốn điều khiển chi tiết, đầy đủ nữa, việc biểu diễn trạng thái phần tử điều khiển, phần tửđưa tín hiệu cần biểu diễn cụ thể thời gian bước hành trình… cần kết hợp tất các dạng biểu đồ
Tập đoàn FESTO hỗ trợ vẽ biểu đồ mạch hệ thống khí nén phần mềm FluidDRAW4
* Một số ký hiệu chức phần tử điều khiển (Theo tiêu chuẩn VDI 3260- CHLB Đức) :
P 6bar
Tác động cảm biến áp suất
t 5s
Tác động phần tử thời gian Liên kết AND hai tín hiệu
Liên kết OR hai tín hiệu Các tín hiệu rẽ nhánh
(4)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Ví dụ 1: Thiết bị ép dán Plastic, cơng nghệ (Hình 3.6) biểu đồ hành trình bước ( hình 3.7) - Bàn ép đựơc truyền động lên xuống Xilanh 1A
- Thời gian ép đặt theo yêu cầu, ví dụ 5s
được tính từ thời điểm bàn ép tác động lên công tắc hành trình (1S2) - Chu trình bắt đầu việc nhấn nút ấn (1S3) kèm theo điều kiện bàn ép rút vị trí cuối (1S1 tác động)
Sơđồ hệ thống thiết kế cho ví dụ ( hình 3.8)
Ví dụ 2: Từ sơđồ mơ tả cơng nghệ (hình 3.9), thiết lập biểu đồ hành trình bước(hình 3.10) Giả thiết, thông qua cấu phụ trợ (không thể sơđồ) lắp đặt cơng tắc hành trình vào vị trí cần thiết, thiết lập biểu đồ trạng thái:
Hình 3.6 Mơ tả cơng nghệ
Hình 3.9 Mơ tả cơng nghệ
5s
Hình 3.7 Biểu đồ hành trình bước
Hình 3.8 Sơđồ hệ thống thiết kế cho ví dụ
(5)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo
3.2 Các cấu trúc mạch điều khiển hồn tồn khí nén điển hình 3.2.1 Điều khiển trực tiếp
Bằng thiết bị đóng mở trực tiếp cung cấp nguồn khí nén cho Xi lanh Motor
Ví dụ: Một khâu thiết bị phân loại vận chuyển sản phẩm (hình 3.11), giả thiết có nhu cầu điều khiển trực tiếp, sơđồ khí nén mơ tả hoạt động hình 3.12
3.2.2 Điều khiển gián tiếp
Sử dụng van điều khiển đảo chiều làm trung gian
Hình 3.13 mơ tả mạch điều khiển gián tiếp Xilanh đơn
3.2.3 Điều khiển theo hành trình
Quá trình điều khiển diễn theo bước tuân thủ theo yêu cầu công nghệ
Ví dụ1: Điều khiển Xilanh Giả thiết hệ thống khí nén có sơđồ hành trình bước cho hình 3.14, thêm yêu cầu thời gian (t1>t2), tải trọng khơng đổi Hệ thống khí nén thiết kế hình 3.15
Hình 3.12 Điều khiển trực tiếp XL tác dụng kép
t2 t1
Hình 3.15 Biểu đồ hành trình bước Hình 3.16Sơ đồ hệ thống Hình 3.11