Giáo trình Nhập môn cơ điện tử (Nghề: Cơ điện tử): Phần 1 - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ

(NB) Giáo trình Nhập môn cơ điện tử cung cấp cho người học những kiến thức như: Các khái niệm cơ bản cơ điện tử; Khái niệm điều khiển và điều chỉnh; Cơ cấu chấp hành; Kỹ thuật đo lường, cảm biến; Khái niệm xử lý thông tin trong hệ thống cơ điện tử; Các ví dụ điển hình hệ thống cơ điện tử. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình.

1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử trình độ Cao Đẳng Trung Cấp, giáo trình Nhập mơn điện tử giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình chi tiết mơ đun Nhập mơn điện tử Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, lơgíc Nội dung giáo trình “Nhập mơn điện tử” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Giáo trình nội nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm công tác ngành đào tạo chuyên nghiệp Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CƠ ĐIỆN TỬ Nội dung chính: Khái niệm điện tử Phân tích q trình hệ thống điện tử Thiết lập mơ hình chức hệ thống điện tử 10 Phác thảo hệ thống điện tử 12 BÀI 2: KHÁI NIỆM ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐIỀU HÀNH 14 Nội dung chính: 15 Kỹ thuật điều khiển 15 Giới thiệu mạch điều chỉnh 17 BÀI 3: CƠ CẤU CHẤP HÀNH 20 Nội dung chính: 20 Kết cấu phương thức làm việc cấu chấp hành 20 Cơ cấu chấp hành điện từ 23 Cơ cấu chấp hành thủy khí 27 Các loại cấu chấp hành đặc biệt 28 BÀI 4: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN 45 Nội dung chính: 45 Kỹ thuật đo lường 45 Các thông số đặc trưng cảm biến 46 Giới thiệu loại cảm biến 49 BÀI 5: KHÁI NIỆM XỬ LÝ THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 66 Nội dung chính: 66 Một số hệ đếm điển hình 66 Chuyển đổi số 70 Mã số 72 Dữ liệu mã hoá liệu 75 Bài tập ứng dụng 83 BÀI 6: CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH HỆ THỐNG CƠ DIỆN TỬ 85 Nội dung chính: 85 Mơ hình nồi cơm điện tự động 85 Mơ hình máy ép nhựa 88 Máy điều khiển theo chương trình số CNC 90 Mơ hình phân loại sản phẩm tự động 92 Mơ hình rơbốt công nghiệp 96 Học sinh tự tìm tịi mơ hình phân tích tổng quan chức 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơ đun: Nhập mơn điện tử Mã mô đun: MĐ CĐT 18 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: Vị trí: Trước bắt đầu học mơ đun sinh viên phải học môn học, mô đun kỹ thuật sở Tính chất: Là mơ đun tích hợp lý thuyết với thực hành - Ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: - Mục tiêu môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Giải thích Cơ điện tử + Giải thích yếu tố thành phần hệ thống sản phẩm điện tử - Về kỹ năng: + Nhận biết loại hình thơng tin hệ thống điện tử + Bước đầu làm quen với mơ hình điện tử + Phân biệt dạng sản phẩm điện tử công nghiệp - Về thái độ: + Rèn luyện thái độ làm việc chuyên nghiệp; tinh thần tích cực học tập, chủ động trau dồi kiến thức, tu dưỡng đạo đức nghề nghiệp Nội dung mô đun: Thời gian (giờ) Số TT Tên mô đun Bài 1: Các khái niệm cơ điện tử Khái niệm điện tử Phân tích trình hệ thống điện tử Thiết lập mơ hình chức hệ thống điện tử Phác thảo hệ thống điện tử Tổng Lý số thuyết 3 Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra Bài 2: Khái niệm điều khiển điều chỉnh 2 5 1,5 3,5 0,5 4,5 Kỹ thuật điều khiển Giới thiệu mạch điều chỉnh Bài 3: Cơ cấu chấp hành Kết cấu phương thức làm việc cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành điện từ Cơ cấu chấp hành thủy khí Các loại cấu chấp hành đặc biệt Bài 4: Kỹ thuật đo lường, cảm biến Kỹ thuật đo lường Các thông số đặc trưng cảm biến Giới thiệu loại cảm biến Bài 5: Khái niệm xử lý thông tin hệ thống điện tử Một số hệ đếm điển hình Chuyển đổi số Mã số Dữ liệu mã hoá liệu Bài tập ứng dụng Bài 6: Các ví dụ điển hình hệ thống điện tử Mơ hình nồi cơm điện tự động Mơ hình máy ép nhựa Máy điều khiển theo chương trình số CNC Mơ hình phân loại sản phẩm tự động Mơ hình rơbốt cơng nghiệp Học sinh tự tìm tịi mơ hình phân tích tổng quan chức Thi kết thúc mô đun Cộng 30 17 BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CƠ ĐIỆN TỬ Mã bài: Giới thiệu: Cơ điện tử không cấu trúc thuận tiện cho nghiên cứu khảo sát nhà khoa học mà phương thức hoạt động thực tiễn kỹ thuật đại.Cơ điện tử tích hợp chặt chẽ khí với điện tử điều khiển máy tính thơng minh thiết kế chế tạo sản phẩm quy trình cơng nghiệp Mục tiêu: - Khái quát định hình hệ thống điện tử - Phân loại loại hệ thống điện tử Nội dung chính: Khái niệm điện tử  Cơ điện tử tích hợp chặt chẽ khí với điện tử điều khiển máy tính thơng minh thiết kế chế tạo sản phẩm quy trình cơng nghiệp”  “Cơ điện tử áp dụng tổng hợp định tạo nên hoạt động hệ vật lý”  “Cơ điện tử phương pháp luận dùng để thiết kế tối ưu sản phẩm điện”  “Một hệ Cơ điện tử không kết hợp hệ khí, điện khơng đơn hệ điều khiển, tích hợp đầy đủ tất hệ trên” Một định nghĩa cịn chưa có thống rộng rãi cho thấy lĩnh vực thân chưa hồn tồn định hình, mà tiếp tục định hình Cơ điện tử khơng cấu trúc thuận tiện cho nghiên cứu khảo sát nhà khoa học mà phương thức hoạt động thực tiễn kỹ thuật đại Phân tích q trình hệ thống điện tử Lược đồ sau mô tả tương đối dễ hiểu thành phần Cơ điện tử (xem hình 1.1), năm thành phần sơ đồ đối tượng nghiên cứu tất giáo trình điện tử, việc trình bày theo cấu trúc làm cho người đọc có tư thống nhất, tiện cho việc theo dõi lĩnh vực liên quan đến vấn đề Trong quỹ thời gian có hạn vấn đề trình bày với trọng số khác sở phù hợp với tảng kiến thức sinh viên ngành khí Hình 1.1: Các thành phần điện tử Có ba loại hệ điện tử sau dựa quan điểm lý thuyết sở áp dụng: - Hệ điện điện tử truyền thống; - Hệ điện tử kích thước micro; - Hệ điện tử kích thước nano Hình 1.2: Phân loại lý thuyết sở áp dụng hệ thống CĐT Sản phẩm điện tử chia làm bốn lớp sau: - Lớp I: sản phẩm khí có kết hợp điện tử để nâng cao tính năng, ví dụ máy công cụ điều khiển số CNC; - Lớp II: hệ khí truyền thống với đại hóa đáng kể thiết bị bên việc kết hợp với thiết bị điện tử, giao diện người dùng bên ngồi khơng đổi, ví dụ máy khâu đại - Lớp III: hệ thống giữ lại chức hệ khí truyền thống máy móc bên thay thiết bị điện tử, vd đồng hồ số - Lớp IV: sản phẩm thiết kế công nghệ khí điện tử tích hợp hỗ trợ nhau, Ví dụ máy photocopy, nồi cơm điện Lịch sử phát triển hệ học, điện điện tử khái qt lược đồ sau: Hình 1.3: Lịch sử phát triển hệ học, điện điện tử Các thuộc tính cuả thiết kế truyền thống thiết kế điện tử Bảng 1.1 : Các thuộc tính thiết kế truyền thống thiết kế điện tử Thiết kế truyền thống Thiết kế điện tử 10 Các thành phần phải thêm vào Tích hợp thành phần (phần To lớn Kết cấu phức tạp Vấn đề dây dẫn Các thành phần kết nối cứng) Điều khiển đơn giản Nhỏ gọn Kết cấu đơn giản Truyền thông không dây bus Các thiết bị tự trị Tích hợp xử lý thơng tin Cấu trúc cứng nhắc Điều khiển truyền thẳng, tuyến tính (phần mềm) Cấu trúc mềm dẻo với phản hồi Độ xác nhờ dung sai hẹp điện tử Điều khiển số phản hồi khả lập trình (phi tuyến) Các đo hệ thay Thiết lậpđại mơlượng hìnhkhơng chức thống điện tử Độ xác nhờ đo lường tùychia tiện chức khí điện tử: Sựđổi phân điều khiển phản hồi Trong thiết hệ điện tử tác động qua lại phần khí điện Theo dõikế đơn Điều trọng khiển đại lượng không tử nhằm thực chức điều rất8 quan So với việc thực giản 10.Khả chức khí đơn sử dụng đạiước vàlượng cấuđược chấp hành với đo khuếch mà cố định lượng điện phụ trợ mang đến đơn giản hóa đáng kể cho thiết bị Giám sát với chẩn đoán lỗi đồng hồ đeo tay, camera Một đơn giản hóa khí bắt nguồn từ việc Khả mang máy tính kết nối với thiết bị điện 10 phân tán.năng tự học 1.1 Các tín hiệu đầu vào hệ điện tử 1.1.1 Đầu vào chuyển đổi cảm biến Tất đầu vào hệ điện tử bắt nguồn từ vài dạng cảm biến từ hệ thống khác Cảm biến phân loại thành hai nhóm, cảm biến chủ động cảm biến thụ động Cảm biến chủ động phát tín hiệu để ước tính thuộc tính mơi trường thiết bị đo cịn cảm biến thụ động khơng Đầu vào cảm biến thường tín hiệu tương tự, dạng đơn giản tín hiệu tương tự mức điện áp có mối liên hệ trực tiếp với điều kiện đầu vào Dạng thứ hai thiết bị điều chế độ rộng xung Dạng thứ ba sóng điều biên điều tần, số trường hợp kết hợp điều biên điều tần Những thay đổi phản ánh biến đổi trạng thái theo dõi 1.1.2 Bộ biến đổi tương tự số (A/D) Các biến đổi phân loại theo hai thơng số, dải tín hiệu đầu vào tương tự dải tín hiệu đầu số Chẳng hạn biến đổi mức điện áp khoảng – 12 V thành byte đơn bit Chẳng hạn van servo nhận tín hiệu analogue từ thiết bị huy dạng dòng điện điện áp, van hiệu suất cao có sử dụng cảm biến vị trí, chuyển tín hiệu thiết bị điều khiển dạng analogue Nếu thiết bị điều khiển kiểu vi xử lý tiếp nhận tín hiệu cần chuyển đổi A/D để tiếp tục xử lý 1.2 Các tín hiệu đầu hệ điện tử 30 Hình 3.3: Điều khiển vị trí Để điều khiển lượng đẩy bơm ta cần sử dụng van điều khiển Tuy nhiên van không đặt phận tạo công suất nên tổn hao nhỏ Lưu lượng dòng ấn định quy luật tốc độ động quay quy luật vận tốc động tịnh tiến Độ lớn áp suất điều chỉnh theo tải trọng đặt vào động Đáp ứng theo thời gian phận điều khiển không tốt van servo, có khối lượng lớn chuyển động quãng đường dài Trong việc lựa chọn cấu dẫn động ta phải cân đối thời gian điều chỉnh ngắn (van servo) hiệu suất cao (điều khiển lượng đẩy) Các loại động quay tròn thủy lực tổng kết bảng 2.8 với đặc điểm thơng số kỹ thuật điển hình Động tịnh tiến thủy lực có dạng tác động đơn hướng hai hướng Một vài loại động tịnh tiến thủy lực tập hợp bảng 2.6 a Van trượt có mép điều khiển dương, trung gian âm Thông thường sơ đồ thủy lực người ta ký hiệu: - A, B đường nhánh nối van với buồng làm việc xy lanh; - P đường nối van với nguồn (bơm); - T đường nối van với bể chứa Van trượt van có chức ấn định hướng chuyển động dịng chất lỏng khí, cho phép ngăn khơng cho dịng mơi chất vào buồng làm việc xy lanh lực Do định hướng chuyển động cơng tác, cịn dựa vào lưu lượng để điều chỉnh tốc độ cấu chấp hành Việc điều chỉnh tự động chức van thường dựa tín hiệu điện (sơ cấp) để dễ tự động hóa, khuếch đại công suất mô men thủy lực để đạt độ nhạy tốt sử dụng Dựa nguyên tắc 31 khác dịch chuyển lõi trụ trượt người ta có dạng van đảo chiều với tên gọi khác Vị trí van đảo chiều nằm sau bơm, sau van tiết lưu hệ thống điều chỉnh tốc độ tiết lưu Hình 3.4: Sơ đồ loại mép điều khiển van a- Van có mép điều khiển dương (+x0) b- Van có mép điều khiển trung gian (x0 = 0) c- Van có mép điều khiển âm (- x0) d- Đặc tính lý thuyết Q - x(Q-I) Khi x0 > gọi van trượt có mép điều khiển dương, trượt di chuyển vùng x0 lưu lượng vùng gọi vùng “chết” Khi x0 = gọi van trượt có mép điều khiển trung gian Khi x0 < gọi van trượt có mép điều khiển âm, vị trí trung gian ( trượt chưa di chuyển) hình thành tiết diện chảy lưu lượng dầu qua van Hình 3.5: Van đảo chiều lõi trụ trượt hãng FESTO 32 Hình 3.6: Thơng số kỹ thuật van đảo chiều hãng FESTO Van đảo chiều điều khiển điện chấp nhận tín hiệu vào dạng analogue dải điện thế, tín hiệu dịng điện b Van solenoid Van solenoid gồm ống dây bao quanh lõi sắt từ, muốn lõi sắt dịch chuyển tịnh tiến, cần tác động dòng điện lên ống dây Khi có điện cuộn dây ln đẩy trượt hết hành trình Con trượt van hoạt động hai vị trí (hai đầu ống dây) tùy theo tác động nam châm Có thể gọi van solenoid loại van điều khiển có cấp có hai trạng thái ON/ OFF Lưu lượng phải tính tốn sẵn cho phù hợp với hai trạng thái Các vai trụ trượt van solenoid gờ trơn, đóng vai trị piston thơng thường van tỉ lệ người ta xẻ rãnh tam giác nhỏ T P T lõi solenoid Hình 3.7: Van phân phối hoạt động nhờ ống dây solenoid 33 Hình 3.8: Cấu tạo ký hiệu van solenoid hai tầng a- Cấu tạo ký hiệu van solenoid điều khiển trực tiếp (1,5 - vít hiệu chỉnh vị trí lõi sắt từ; 2,4 - lò xo; 3,6 - cuộn dây nam châm điện) b- Cấu tạo ký hiệu van solenoid điều khiển gián tiếp (1- van sơ cấp dịch chuyển lực điện; 2- van thứ cấp dịch chuyển lực thủy lực) Hình 3.9: Ví dụ ứng dụng van solenoid điều khiển vị trí Vị trí dừng bμn máy hình vẽ thực mạch điều khiển logic dùng rơle, ngắt trạng thái PLC, thơng qua vị trí khố giới hạn hình phía 34 Hình thức điều khiển đơn giản, giá thành thấp phù hợp với yêu cầu nhiều thiết bị, dây chuyền tự động Tuy nhiên khóa giới hạn bị tác động bàn máy dừng mà phải khoảng thời gian Điều dẫn tới vị trí dừng bàn máy khơng xác ảnh hưởng yếu tố sau : - Thời gian đáp ứng van; - Khối lượng vận tốc chuyển động; - Thể tích chứa dầu xylanh đường ống dẫn; - Mô đun đàn hồi dầu; - Ma sát phận chuyển động; - Sự rị dầu; - Thời gian tác động khóa giới hạn rơle; - Thời gian nhận tín hiệu phản hồi PLC (nếu điều khiển PLC) Các yếu tố khó xác định cách xác chúng thay đổi suốt q trình hoạt động máy Nên vị trí dừng bàn máy nằm vùng định hình vẽ bên c Van tỷ lệ Van tỉ lệ chia làm hai nhóm van tỉ lệ lưu lượng van tỉ lệ áp suất Trong trường hợp van tỉ lệ lưu lượng, cuộn cảm làm dịch chuyển trượt van, giữ lị xo thân van Các đặc tính cuộn cảm tồn hành trình trượt, hàm dòng điện đầu vào lực đẩy từ cuộn cảm tỉ lệ lên lõi trụ trượt thay đổi Ứng với giá trị dịng điện vào, có vị trí định mà lực điện từ cuộn cảm cân với lực phản hồi lò xo lõi cu?n c?m vịng lót phi t? Hình 3.10 : Sơ đồ cuộn cảm servo Cấu tạo van tỷ lệ hình 3.11 gồm: Thân van, trượt, nam châm điện Để thay đổi tiết diện chảy van, tức thay đổi hành trình trượt cách thay đổi dịng điện điều khiển nam châm Có thể điều khiển trượt vị trí phạm vi điều chỉnh cách thay đổi vơ cấp dịng điện i điều chỉnh nam châm nên van tỷ lệ gọi loại van điều khiển vô cấp, điểm khác biệt van tỉ lệ van solenoid 35 Hình 3.11: Van tỉ lệ lưu lượng điều khiển trực tiếp (1 cấp) chi tiết lõi trượt sử dụng van Các van tỉ lệ lưu lượng có hai tầng, Trong trường hợp đầu van tỉ lệ dẫn hướng (sơ cấp) đưa tới khoang cuối van kiểu trượt có kích cỡ lớn hơn, cho phép đạt lưu lượng lớn đồng thời giảm sai số Hình 3.12: Van tỉ lệ lưu lượng hai tầng Trên hình vẽ đường X Y đường điều khiển; Các đường A, B tới xy lanh công tác; Đường P tới nguồn; Đường T bể chứa Trong sơ đồ van tỉ lệ bao gồm cảm biến vị trí tầng sơ cấp thứ cấp Với trường hợp yêu cầu vị trí xác trượt dùng phản hồi vị trí, cần đến cảm biến vị trí lõi trụ trượt để nhận biết xác vị trí 36 nhằm điều chỉnh xác Độ xác vị trí trường hợp cải thiện đồng thời bù sai số ma sát phần di động Hình 3.13 : Sơ đồ bố trí cảm biến vị trí van tỉ lệ Trong trường hợp áp lực hệ thống lớn thiết kế trượt thứ hai lõi van tỉ lệ để bù áp đảm bảo làm việc khơng phụ thuộc vào tải ngồi Hình 3.14:Van tỉ lệ có bù áp suất Tương tự valve trên, lõi cuộn solenoid tỷ lệ số tác động lên trượt tiết lưu số để khóa bớt đường dầu từ A đến B Phần lõi valve số đóng vai trị pressure compensator đảm bảo valve tỷ lệ điều chỉnh lưu lượng khơng phụ thuộc vào tải làm việc Nó gắn thêm theo dõi vị trí lõi trượt để lấy tín hiệu phản hồi lên điều khiển Cũng giống valve thông thường, valve tỷ lệ loại thường gắn tầng valve để điều khiển hệ thống có lưu lượng to Ngồi van tỉ lệ lưu lượng cịn có van tỉ lệ áp suất: 37 Hình 3.15: Van tỉ lệ áp suất Valve tỷ lệ loại bao gồm cuộn solenoid "tỷ lệ" số tác động lực ép lên kim áp suất số thơng qua lị xo số Bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cấp vào cuộn solenoid, lõi ty cuộn solenoid dịch chuyển tương ứng thay đổi độ cứng lị xo dẫn đến thay đổi áp suất mở kim áp suất số Nhờ có chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu dịng điện số card điện tử số gắn valve, giá trị áp suất làm việc biến đổi thành giá trị điện để điều khiển valve tỷ lệ áp suất kiểu Một số sơ đồ ứng dụng điều khiển với van tỉ lệ Van tỉ lệ không phản hồi Chú ý mạch điều khiển có khái niệm phản hồi, phản hồi van phản hồi hệ thống Ở xét mạch điều khiển sử dụng van khơng có phản hồi 38 Hình 3.16: Sơ đồ mạch điều khiển vị trí sử dụng van tỉ lệ khơng phản hồi điện Qua khuếch đại dịng điện điều khiển van điều khiển tín hiệu điện áp vào hình vẽ Tùy thuộc vào kích thước van mà thời gian đáp ứng nằm khoảng 50 ms đến 150 ms Nếu có cảm biến vị trí cung cấp tín hiệu phản hồi liên tục có mạch điều khiển vị trí liên tục (phản hồi hệ, phân biệt với phản hồi van) Hình 3.17: Van tỉ lệ với phản hồi hệ điều khiển vị trí Khi cho tín hiệu điện áp vào C, khuếch đại tạo dòng điện I tương ứng để điều khiển tiết diện chảy van Lưu lượng qua van cung cấp cho xylanh làm pittơng di chuyển Cảm biến vị trí dạng biến trở gắn đầu pittông di chuyển, tạo 39 điện áp phản hồi (F) truyền khuếch đại so sánh với điện áp điều khiển (C) nhằm san sai lệch E Khi điện áp so sánh có sai lệch E = pittơng dừng vị trí tương ứng Trong mạch điều khiển trên, hành trình h pittơng, chiều dài điện áp cảm biến vị trí điện áp tín hiệu vào phải có quan hệ tương thích Khi pittơng vị trí điện áp phản hồi phải báo giá trị V Khi pittơng vị trí max (h = 1000 mm) cảm biến vị trí có giá trị + 10 V Tương ứng với mối quan hệ tín hiệu điện áp điều khiển thay đổi từ đến +10v Khi vào so sánh, tín hiệu phản hồi ngược dấu với tín hiệu vào thực san điện áp Ví dụ, cần điều khiển pittơng di chuyển 500 mm tín hiệu vào dạng step tương đương +5 vôn Khi pittông chưa di chuyển (ở thời điểm ban đầu) tín hiệu phản hồi F = lúc tín hiệu so sánh E = C − F = V − = V Bộ khuếch đại có tín hiệu vào V sinh dòng điện tương ứng để điều khiển van Giả sử V tương ứng với vận tốc pittông 200 mm/s di chuyển hết quãng đường 500 mm với thời gian 2,5 s Sau 1s pittông di chuyển 200 mm/s tương ứng với tín hiệu phản hồi F V tín hiệu so sánh : V − V = V Nếu tín hiệu so sánh giảm từ V xuống V vận tốc pittơng giảm từ 200 mm/s xuống cịn 120 mm/s Hình 3.18: So sánh tín hiệu đặt tín hiệu phản hồi Hành trình di chuyển piston sau 2s 200 + 120 = 320 (mm), tiếp tục q trình tín hiệu so sánh E = piston di chuyển hết hành trình khoảng 2.5s Để thời gian đáp ứng nhanh tăng tốc độ piston cách tăng hệ số khuếch đại - Các mạch nguyên lý sử dụng van tỉ lệ có phản hồi Để khắc phục tượng vùng chết van, người ta sử dụng van có phản hồi 40 Hình 3.19: Sơ đồ khối mạch điều khiển vị trí sử dụng van tỉ lệ có phản hồi Van tỉ lệ có phản hồi có khuếch đại phản hồi riêng hình vẽ, so với van tỉ lệ khơng phản hồi loại có phản hồi có thời gian đáp ứng nhanh từ 12 – 37 ms sai số tượng từ trể nhỏ khoảng 1% d Van servo Để hiểu rõ mục cần xem xét hai phương pháp điều khiển phần tử tia truyền dẫn thủy lực khí nén: Điều khiển lưu lượng dùng vòi phun ống thu: a b Z- Z+ P Hình 3.20: Vịi phun ống thu Có thể dùng phương pháp tiết lưu cách che chắn lỗ tiếp nhận dịng chất lỏng (hoặc khí) hình vẽ, vịi phun có di chuyển z+ hay z -, tức quay quanh tâm để điều chỉnh lưu lượng tới cửa a cửa b khác Khi z = lưu lượng hai cửa cân Ở tín hiệu điều khiển dịch chuyển z vòi phun Áp suất đường x tỉ lệ nghịch với khe hở s chắn miệng vòi phun Khi s = áp suất cửa x áp suất nguồn Hai loại vòi phun sở cho kết cấu van servo 41 42 Hình 3.22a: Sơ đồ nguyên lý phận điều khiển trượt van servo Kiểu vịi phun chắn Hình 3.23: Mặt cắt dọc van servo dạng vòi phun chắn Cả van servo van tỉ lệ dùng cho điều khiển vô cấp vị trí, tốc độ lực cấu chấp hành thủy lực, yêu cầu độ xác vị trí xác điều kiện chạy dải tần số làm việc, hai cấu trúc vịng kín vịng hở Trong trường hợp cần thiết van điều khiển theo nhiều bước Độ khuếch đại tổng tích độ khuếch đại riêng bước Đối với van servo nhiều tầng, độ khuếch đại tổng đạt tới >108 Van servo hay van tỉ lệ phận hệ thủy lực sinh đầu điều khiển hàm đầu vào dạng điện Thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện thành tác động vào cửa van nam châm điện động mô men cuộn cảm tỉ lệ Động mơ men chuyển dịng điện chiều nhỏ sang mô men tác động lên mặt rotor chế độ lưỡng cực van servo Trong cuộn cảm tỉ lệ sinh lực tác động đơn hướng hàm phần ứng di động dòng điện cuộn dây, với đặc tính trì lực gần không đổi dải di chuyển chạy (lõi trụ trượt) Động mơ men với giá trị dịng điện điện cảm thấp có thời gian đáp ứng ngắn cuộn cảm servo, đặc biệt hoạt động với dịng điện cao sinh cơng suất thấp so với cuộn cảm tỉ lệ Do động mô men tạo thành tầng dẫn hướng thường thấy van servo, cuộn cảm servo dùng van tỉ lệ tác động trực tiếp lên trượt Các van servo điều chỉnh lưu lượng dịng chảy chia thành hai nhóm dựa cách chúng tạo chuyển đổi điện – thủy lực: - Dạng vòi phun chắn; - Dạng vòi phun ống thu Hình 3.22b mơ tả van servo kiểu hai tầng với đầu vào điều khiển điện từ, tiền khuếch đại thủy lực dựa nguyên lý vòi phun chắn, 43 chuyển đổi thủy lực với trượt điều khiển Hình 3.22b: Van servo hai tầng kiểu vịi phun chắn Sản phẩm nhiều hãng thiết kế chế tạo nên kết cấu đa dạng Bộ phận điều khiển trượt van servo thể hình 3.5a Hai nam châm vĩnh cửu đặt đối xứng tạo thành khung hình chữ nhật, phần ứng có hai cuộn dây cánh chặn dầu ngàm với phần ứng, tạo nên kết cấu vững Hoạt động van kiểu vòi phun chắn đơn giản, gồm ba trình chu kỳ đóng điện vào động mơ men: - Đưa vào cuộn dây dòng điện để động mô men tác động lên mặt rotor mô men quay (M1), làm đàn hồi di chuyển chắn lại gần hai miệng vòi phun Áp lực tăng khe hở giảm làm giảm lưu lượng qua vòi phun này, buồng cấp dầu cho vòi phun bị chặn có áp suất tăng lên Lượng chênh áp buồng van trượt thủy lực cấp làm di chuyển lõi trụ trượt mở đường cấp A B tới xy lanh công tác - Lõi trụ trượt di chuyển làm cong đàn hồi tạo mơ men M2 chống lại M1 Đây tín hiệu phản hồi cần có hệ điều chỉnh servo, M2 với M1 trụ trượt nằm vị trí cân trì lưu lượng tới buồng làm việc xy lanh công tác - Nếu ngắt điện khỏi động mô men, mô men M1 theo, đàn hồi duỗi đàn hồi bị vịi phun đẩy vị trí trung gian ban đầu nên M2 khơng cịn, lị xo xác định vị trí điểm lõi trụ trượt tác động đem trụ trượt vị trí trung gian Hai vịi phun có lưu lượng cân trở lại, hai buồng chứa có áp cân góp phần đẩy trượt di chuyển trạng thái trung gian ngắt hết đường A, B nên khơng có dầu tới xy lanh cơng tác Q trình chuyển động thực xong chu kỳ ứng với lần cấp nguồn cho động mô men Nếu hành động cấp nguồn xảy liên tục chuyển động liên tục ngược lại Có thể thấy khơng nhờ có liên hệ ngược chuyển động A hay B phát động có tốc độ phụ thuộc vào cân M1 M2 khó trì vị trí 44 trượt di động liên tục Ký hiệu van servo: Hình 3.24: Kí hiệu van servo Trong cơng nghiệp thường dịng cơng tác trực tiếp dịch chuyển phần chấp hành cần có cơng suất lớn, thiết bị có tầng điều khiển khơng thể đủ để tạo độ nhạy cần thiết, lực điều khiển lớn khó khăn vấn đề trì nguồn ni Việc tách nhiều tầng gồm dịng điều khiển dịng chấp hành nhằm khắc phục nhược điểm trên, động mô men sinh mô men học bé N S X j P N S mô AM P men xoay Xa X s T P cuộn cảm tỉ lệ Nhược điểm van servo vòi phun chắn phải lọc tồn lượng dầu sử dụng (gồm dịng điều khiển dịng cơng tác) cách kỹ lưỡng, cách phức tạp tốn Để khắc phục nhược điểm người ta sử dụng van servo vòi phun ống thu (điều chỉnh phần tử tia) Bài tập: Cơ cấu chấp hành gì? Nêu ví dụ Hãy nêu nguyên lý điều khiển cấu chấp hành hệ thống điện tử Tại phải cân chỉnh cấu chấp hành Hãy nêu cấu chấp hành hệ thống điện tử bước cân chỉnh chúng So sánh bảo trì bảo dưỡng Lập bảng bảo trì, bảo dưỡng hệ thống MPS ... soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử trình độ Cao Đẳng Trung Cấp, giáo trình Nhập mơn điện tử giáo trình mơ đun đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình chi tiết mơ đun Nhập. .. nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2 019 BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ MỤC LỤC TRANG... thống điện tử Nội dung chính: Khái niệm điện tử  Cơ điện tử tích hợp chặt chẽ khí với điện tử điều khiển máy tính thơng minh thiết kế chế tạo sản phẩm quy trình cơng nghiệp”  ? ?Cơ điện tử áp