Bài giảng Kỹ thuật điều khiển khí nén

Bài giảng Kỹ thuật điều khiển khí nén được biên soạn với mục tiêu cung cấp cho người học về đấu dây vận hành máy nén khí; ; các phần tử trong hệ thống điều khiển; lắp mạch điều khiển điện - khí nén.

BÀI 1: ĐẤU DÂY VẬN HÀNH MÁY NÉN KHÍ 1.1 Tháo lắp máy nén khí kiểu pistong Trong doanh nghiệp, máy nén pittông 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 a) Cấu tạo - Máy nén cấp máy nén có trình thực xylanh đơn số xylanh song song Hình 1.2: Máy nén khí kiểu pittong cấp - Rất nhiều ứng dụng yêu cầu vượt khả thực tế cấp nén đơn lẻ Tỷ số nén cao(áp suất đẩy tuyệt đối/ áp suất hút tuyệt đối ) làm nhiệt độ cửa đẩy cao mức gây vấn đề thiết kế khác Điều dẫn đến nhu cầu sử dụng máy nén hai hay nhiều cấp cho yêu cầu áp suất cao với nhiệt độ khí cấp (cửa đẩy) thấp (1400C – 1600C) so với máy nén cấp (2050C – 2400C) Hình 2.5: Máy nén khí kiểu pittong cấp b) Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động máy nén kiêu pittông cấp ( hình 10) Truyền Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu pittong cấp Khơng khí hút vào pittong xuống, van nạp mở ra, van xả đóng lại áp suất giảm xuống Đây gọi pha hút + Ở điểm chết pittơng, van nạp đóng, buồng khí đóng kín + Pittơng lên, áp suất tăng, van xả mở, gọi pha nén + Ở điểm chết pittơng, van xả đóng lại, van nạp mở chuẩn bị cho chu trình - Máy nén khí kiểu pittơng ấp hút lưu lượng đến 10m3/phút bà áp suất nén 6bar, số trường hợp áp suất nén đến 10bar c) Ưu, nhược điểm máy nén khí kiểu pittơng: - Ưu điểm: Cứng, vững, hiếu suất cao, kết cấu vận hành đơn giản - Nhược điểm: Tạo khí nén theo xung, thường có dầu, ồn u BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.1 Tháo lắp xilanh khí nén, động khí nén 2.1.1 Động khí nén Động khí nén cấu chấp hành, có nhiệm vụ biến đổi lượng năng, động khí nén thành lượng học- chuyển động quay Động khí nén có ưu điểm: - Điều chỉnh đơn giản mômen quay số vòng quay - Đạt số vòng quay cao điều chỉnh vô cấp - Không xảy hư hỏng, có tải trọng tải - Giá thành bảo dưỡng thấp Tuy nhiên, động khí nén có nhược điểm: - Giá thành cao (khoảng 10 lần so với động điện) - Số vòng quay phụ thuộc vào tải trọng - Xảy tiếng ồn lớn xả khí Động quay chiều Động quay hai chiều Hình 3.7: Ký hiệu động khí nén 2.1.2 Xy lanh a Xy lanh tác động đơn ( xylanh tác động môt chiều) Xy lanh tác động chiều xy lanh mà áp lực tác động vào xylanh phía, phía ngược lại lực lò xo tác động hay ngoại lực tác độn Hình 3.2: xy lanh tác động chiều b Xy lanh tác động chiều (xy lanh tác động kép) Nguyên lý làm việc Nguyên tắc hoạt động xylanh tác động kép áp suất khí nén dẫn vào phía xylanh Ký hiệu - Xylanh tác động chiều khơng có giảm chấn Chiều tác động ngược lại ngoại lực Chiều tác động ngược lại lực lị xo Hình 3.4: Ký hiệu xy lanh tác động chiều Hình 3.5: Xylanh tác động chiều khơng có giảm chấn - Xylanh tác động chiều có giảm chấn: Nhiệm vụ cấu giảm chấn ngăn chặn va đập pittong vào thành xylanh vị trí cuối hành trình Người ta dùng van tiết lưu chiều để thực giảm chấn Hình 3.6: Xylanh tác động chiều có giảm chấn điều chỉnh Xylanh tác động chiều có giảm chấn khơng điều chỉnh 2.2 Đấu nối sử dụng van khí nén 2.2.1 Van đảo chiều Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng lượng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng dịng lượng a Nguyên lí hoạt động Nguyên lý hoạt động van đảo chiều (hình 4.2): chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12) cửa (1) bị chặn cửa (2) nối với cửa (3) Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12), ví dụ tác động dịng khí nén, nịng van dịch chuyển phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) cửa (3) bị chặn Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) đi, tác động lực lò xo, nòng van trở vị trí ban đầu Hình 4.2: Ngun lý hoạt động van đảo chiều b Ký hiệu van đảo chiều Chuyển đổi vị trí nịng van biểu diễn ô vuông liền với chữ o,a,b,c… hay chữ số 0, 1, 2, 3… a o b a b Vị trí “ khơng” ký hiệu vị trí mà van chưa có tác động tín hiệu ngồi vào Đối với van có vị trí, vị trí vị trí “ khơng” Đối với van có vị trí vị trí “ khơng” “a” “ b “, thơng thường vị trí “b” vị trí “ không” Bên ô vuông vị trí đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động dòng qua van Trường hợp dòng van bị chặn biểu diễn bằn dấu gạch ngang Hình 4.3: Ký hiệu cửa van nối van đảo chiều - Ký hiệu tên gọi van đảo chiều (như hình vẽ) a o b a b Van đảo chiều 3/2 Van đảo chiều 4/3 Một số van đảo chiều thường gặp Số vị trí Số cửa Hình 4.4: Ký hiệu tên gọi van đảo chiều Hình 4.5: Các loại van đảo chiều c Tín hiệu tác động Nếu ký hiệu lị xo nằm bên phải ký hiệu van đảo chiều, van đảo chiều có vị trí “khơng”, vị trí vng phía bên phải ký hiệu van đảo chiều ký hiệu “0” Điều có nghĩa khí chưa có tín hiệu tác động vào nịng van lị xo tác động giữ vị trí a) Tín hiệu tác động tay b) Tác động c) Tác động khí nén d) Tác động nam châm điện d Van đảo chiều có vị trí “ khơng” Van đảo chiều có vị trí “ khơng” van có tác động – lò xo nên nòng van ký hiệu lị xo nằm vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải ký hiệu van 2.2.1 Van chiều a Nguyên lý làm việc Van chiều có tác dụng cho lưu lượng khí nén qua theo chiều, chiều ngược lại bị chặn Dịng khí nén từ A qua B, chiều từ B qua A dịng khí bị chặn Hình 4.14: Van chiều b Ký hiệu van chiều B A 2.3 Van tiết lưu Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức điều chỉnh tốc độ thời gian chạy cấu chấp hành 2.3.1 Van tiết lưu có tiết diện khơng thay đổi Lưu lượng dòng chảy qua khe hở van có tiết diện khơng thay đổi Ký hiệu 2.3.2 Van tiết lưu có tiết diện điều chỉnh a Nguyên lý hoạt động Có thể điều chỉnh lưu lượng dịng khí nén qua van Dịng khí nén từ A qua B ngược lại Tiết diện A thay đổi vít điều chỉnh 10 2.3 Điều khiển tùy động theo hành trình Cơ sở lý thuyết điều khiển tùy động theo hành trình vị trí cơng tắc hành trình Khi bước thực mạch điều khiển có lỗi mạch điều khiển không hoạt động - Điều khiển tùy động theo hành trình xy lanh ( hình 6.24) Hình 6.24: Điều khiển tùy động theo hành trình xylanh - Điều khiển tùy động theo hành trình xylanh có chu kỳ tự động Mạch điều khiển thực tự động nhờ sử dụng nút ấn có rãnh định vị 1.1, nút ấn 1.1 vị trí b mạch ngừng hoạt động ( hình 6.25) 31 Hình 6.25: Điều khiển tùy động theo hành trình xylanh có chu kỳ tự động - Điều khiển tùy động theo hành trình với xylanh có phần tử thời gian giới hạn dừng pittong cuối hành trình ( hình 6.26) 32 Hình 6.26: Điều khiển tùy động theo hành trình xylanh có phần tử thời gian 33 Ví dụ 1: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phương pháp điều khiển tùy động hành trình thiết bị khoan với biểu đồ trạng thái sau : (Hình 6.27) - Điều khiển với hành trình + Xylanh A Xylanh B + Bước thực Hình 6.27: Biểu đồ trạng thái xylanh - Điều khiển với chu kỳ tự động ( Hình 6.29) Hình 6.29: Sơ đồ mạck khí nén điều khiển xylanh với chu kỳ tự động 34 Hình 6.28: Sơ đồ khí nén điều khiển xylanh 35 Bài luyện tập: Bài 1: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phương pháp điều khiển tùy động theo hành trình với biểu đồ trạng thái sau (Hình 1) Nút khởi động Bước thực + Xylanh A + Xylanh B + Xylanh C Hình 1: Biểu đồ trạng thái xylanh Bài 2: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phương pháp điều khiển tùy động theo hành trình với biểu đồ trạng thái sau (Hình 2) Nút khởi động Bước thực + Xylanh A + Xylanh B + Xylanh C Hình 2: Biểu đồ trạng thái xylanh 36 3.4 Mạch điều khiển tự động dùng PLC Logo Logo modul logic đa hãng siemens Logo bao gồm phần sau: - Các chức điều khiển - Bộ điều khiển vận hành hiển thị - Bộ cung cấp nguồn - Sáu ngõ vào bốn ngõ - Một giao diện cho lập trình cáp nối với máy tính - Các chức co thơng dụng thực tế hàm thời gian, tạo xung - Một cơng tắc thời gian theo đồng hồ( có pin ni riêng) Logo dùng để điều khiển hệ thống điện dân dụng (như chiếu sáng, bơm nước, báo động ) hay tự động điều khiển công nghiệp( điều khiển động cơ, máy lạnh, máy nén, mỏy cụng nghip) Ngõ Vào Nguồn Nuôi i1 i2 i4 i3 i5 i6 siemens ổ Cắm cho module lập trình cáp máy tính Màn Hình Hiển Thị Phim Bấm ok esc q1 q2 q3 q4 Hình 2.1: Cấu trúc bên Nối nguồn nối ngõ vào 37 l1 n i1 i2 i3 i4 i5 i6 siemens logo ! 24r Logo 230R 230RC dùng nguồn 115V hay 230V/50Hz hay 60Hz Điện áp thay đổi khoảng 85V-264V.Ở 230V dịng điện tiêu thụ 26mA Logo 24 24R dùng nguồn 24VDC Điện áp thay đổi khoảng 20,4 -28,8V, Ở 24V logo 24R có dịng tiêu thụ 62mA, Logo 24 có dòng tiêu thụ 30mA cộng với ngõ 4x0,3A( logo 24 ngõ cấp dòng từ nguồn 24V nguồn ni ) LẬP TRÌNH TRỰC TIẾP TRÊN LOGO 1, Ấn đồng thời phím  + OK để vào chương trình: 2, Vào chương trình Card để chạy chương trình Card chương trình nạp sẵn có Card 2, Để lập trình điều khiển trực tiếp Logo ta vào chương trình :Program ấn OKEdit ấn OKEdit Program ấn OK Sau ấn OK đầu Q1 + Muốn thay đổi loại đầu ta ấn hai phím   + Muốn thay đổi thứ tự đầu ta dùng hai phím  sau chọn song đầu ta ấn OK chọn tín hiệu vào đầu vào số nút ấn ,công tắc hay đầu khác đầu khác ,các đầu biến trung gian Co cổng Logic GF;các Timer,các Counter SF… + Các đầu vào biến trung gian,các đầu vàocủa cổng Logic GF; đầu vào Timer,Counter tương tự đầu vào biến đầu Q + Trước lập trình ta xem nhớ Logo có chương trình chưa chưa có chương trình ta vào Start ấn OK hình lên dòng chữ No Program 38 Press ESC Nếu bên Logo có chương trình thực chạy chương trình có Để tránh trường hợp lập trình tiếp chương trình bị chồng lên ta xố chương trình cũ để lập trình chương trình cách :Ta ấn ESC StopyesOKProgramOKClear Prgyes sau thời gian ngắn chương trình bên xố hết + Trong lập trình cho cổng Logic, Timer, Counter để quay lại lập trình tiếp ta ấn ESC Edit Program + Sau lập trình xong ta ấn ESC ba lần để quay lại chương trình vào Start ấn OK để thực chạy chương trình + Muốn dừng chương trình ta vào Stopấn OKchọn yes chương trình dừng lại Lập trình phần mềm Khởi động chương trình Logo! soft – comfort v3.0 Sau cài đặt xong ta vào Start LogoComfort_V3 để khởi đơng chươngn trình Khi hình hiển thị sexuaats hình giao diện hình đây: Trên hình giao diện Logo! soft – comfort v3.0 bao gồm: Thanh tiêu đề, menu chính, tên sơ đồ mạch điện, hình soạn thảo, cơng cụ - Menu: giống chương trình ứng dụngchạy môi trường windows khác Logo! soft – comfort v3.0 có menu File, Edit,View, Windows, Heps cho phép người sử dụng mở file, ghi file đồng thời thay đổi cách hiển thị cửa sổ, công cụ hình cho tiện với người sử dụng 39 - Thanh Toolbar nút cho phép ta truy nhập nhanh đến lệnh thường dùng tạo file mới, mở file có ổ đĩa,đóng file, ghi, cắt, chép, dán, in, xếp khối theo hàng ngang, xếp khối theo hàng dọc, tải file từ máy tính tới logo, đọc file từ logo vào máy tính, chuyển đổi file từ ngơn ngữ FBD sang ngôn ngữ Lad ngược lại - Thanh công cụ: Bao gồm nút nựa chọn: Text box, cut, kết nối, nút chọn đầu vào đầu khối nhớ đệm (C0), nút chọn cổng logic (GF) ,nút chọn khối chức đặc biệt (SF), nút chọn chạy chương trình Đầu vào, & nhớ đệm Các cổng logic Chạy chương trình Các khối chức đặc biệt -Tín hiệu đầu vào số I: +Tín hiệu đầu vào số I phần mền cục Logo có tối đa 24 đầu vào từ I1 đến I24 mặt điều khiển có tối đa đầu vào số từ I1 đến I8 Trong đầu vào số có đầu vào kết hợp với công tác SW từ SW1 đến SW4 để người điều khiển tác động cần Còn đầu vào cịn lại sử dụng làm đầu vào cảm biến Thường Logo người ta sử dụng đầu vào từ I1 đến I6 + Đầu vào “I” mô tả phần mền LOGO ngôn ngữ PLC ( FBD) công tắc logic + Khi cơng tắc đóng đầu “I” nhận giá trị logic “1” + Khi công tắc mở đàu “I” nhận giá trị logic “0” + Nếu hai đầu vào “I1” “I2” hai đầu chúng nối với bất chấp kể sử dụng nối qua biến trung gian không nối đầu vào tương tự - Đầu “I” nối với đầu vào cổng số , timer, couter… 40 + Khi tác động mạch điện ta dùng trỏ nhấp nhấp vào biểu tượng mạch ta thiết kế nhấp vào biểu tượng công tắc hình vào chương trình mơ +Biểu tượng “I” mạch điện hình , biểu tượng “I”ở dạng công tắc mô , cơng tắc mở hình 3,cơng tắc đóng hình - Các đầu Q Trong phần mền Logo tín hiệu đầu Q đặt lằm C0 Nếu ta muấn lấy đầu Q hiển thị hình ta cần nhấp chuật vào biểu tượng Q C0 (các tín hiệu vào ) Hình 41 Hình sau nháy chuột hình Q hiển thị Để mơ cho Q làm việc người dùng đèn để mô đầu số ,các đầu số phần mềm Logo có tối đa 16 đầu từ Q1 đến Q16 Còn bàn điều khiển có bốn đầu từ Q1 đến Q4 Trong phần mềm mơ có 16 đầu nối với 16 đèn Cịn Logo có 16 đèn dùng đèn sử dụng đèn từ Q1 đến Q4 từ Q5 đến Q16 muốn sử dụng các đầu ta phải lập trình lại -Tín hiệu đầu vào tương tự (analog) “AI” Đầu vào có quy định nối tương tự đầu vào số khác cho phép nối đầu đầu vào tương tự “AI” nối với đầu vào tương tự -Biến trung gian M Phục vụ cho chức trung gian kết nối đầu vào với đầu cổng logic, timer, counter -Các cổng logic GF (General functions) Ví dụ: Cổng AND + Ký hiệu: + Biểu thức: Q= I1 I2 I3 I4 -Lưu trữ vào thẻ nhớ chạy chương trình *Logo hoạt động khi: +Có chương trình Logo +Có chương trình memory card gắn vào Logo Có bốn nguyên tắc khởi động dùng Logo: Nếu khơng có chương trình Logo hay memory card Logo thơng báo hiển thị thơng báo : No program Nếu có chương trình memory card, tự động ghép vào Logo Nếu logo có chương trình chép đè lên chương trình cũ Nếu có chương trình Logo hay memory card thi Logo nhận trạng thái trước ngắt nguồn Thời gian giá trị đếm bị xố tắt nguồn Chương trình lưu trữ an toàn nguồn lại bị - Các trạng thái hoạt động Logo Logo trạng thái “STOP” “No Program” hay bật sang phương thức lập trình Khi “STOP” 42 + Các ngõ vào I1 đến I6 khơng đọc + Chương trình thực + Công tắc rơ le từ Q1 đến Q4 hở Logo trạng thái “RUN” chọn START menu hay chọn “Parameterization” Khi trạng thái RUN : + Đọc ngõ vào trạng thái từ I1 đến I6 + Tính tốn ngõ theo trạng thái chương trình + Công tắc Rơ le từ Q1 đến Q4 ON OFF Ví dụ : Lập trình, mơ phần mềm logo soft comfort V5.0 điều khiển động quay chiều: Bảng phân công địa đầu vào, đầu logo Đầu vào Đầu Địa Nút mở I1 Nút dừng I2 Động Q1 - Lấy khối logic đầu vào, đầu 43 - Lấy địa - Đi dây cho khối 44 - Mơ chương trình: cách ẤN F3 kích vào biểu tượng Simulation Hình 5.1: mơ phỏng chương trình phần mềm logo - Tác động vào cơng tắc I1, I2 hình 5.1 45 ... 6.5: Sơ đồ mạch khí nén 24 Các phương pháp điều khiển Bao gồm: - Điều khiển tay - Điều khiển tùy động theo thời gian - Điều khiển tùy động theo hành trình 2.1 Điều khiển tay Điều khiển tay ứng... dầu, ồn u BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.1 Tháo lắp xilanh khí nén, động khí nén 2.1.1 Động khí nén Động khí nén cấu chấp hành, có nhiệm vụ biến đổi lượng năng, động khí nén thành... xylanh - Điều khiển với chu kỳ tự động ( Hình 6.29) Hình 6.29: Sơ đồ mạck khí nén điều khiển xylanh với chu kỳ tự động 34 Hình 6.28: Sơ đồ khí nén điều khiển xylanh 35 Bài luyện tập: Bài 1: Thiết