Xây dựng cấu trúc điều khiển theo tầng thực chất là phân chia chu trình điều khiển gồm nhiều bước thành các tầng riêng rẽ (bao gồm một hay một số bước), như vậy có thể làm minh bạch hệ thống điều khiển, khắc phục hiện tượng trùng tín hiệu trong điều khiển. Không cần thiết phải sử dụng công tắc hành trình một chiều.
Chia tầng là bước quan trọng nhất, nó quyết định cấu trúc của mạch hệ thống sẽđược thiết kế .
Phương pháp chia tầng:
a) Chia tầng trực tiếp trên biểu đồ hành trình bước:
Nguyên tắc là chọn một hay một số bước liên tiếp của biểu đồ hành trình bước lập thành một nhóm (gọi là tầng) mà trong tầng mỗi phần tử chấp hành chỉ thực hiện một hành trình (0Æ1 hoặc ngược lại 1Æ0).
Ví dụ: Trên hình 3.24a biểu diễn biểu đồ hành trình bước của một hệ thống 2 xilanh. Theo định nghĩa trên, ta chia thành 2 tầng: Tầng I gồm 3 bước ( 1-2-3); tầng II gồm 3 bước (3-4 -5). Ở mỗi tầng, mỗi xilanh chỉ thực hiện một hành trình. 0 1 2 3=1 0 1 1S4 P 6bar Biểu đồ hành trình bước Hình 3.23a Sơđồ hệ thống khí nén điều khiển theo áp suất Hình 3.23b
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo b) Chia tầng theo chu trình kín:
Cơ sở của phương pháp chia này là coi một chu trình điều khiển là một chu trình kín. Biểu đồ hành trình bước chính là hình khai triển theo nhát cắt qua bước thứ nhất. Bây giờ ta biểu diễn chu trình kín bằng một vòng tròn. Các bước thực hiện chia tầng (xem hình 2.24b):
- Chia vòng tròn đó thành n phần bằng nhau, với n là số các hành trình của tất các cơ cấu chấp hành ( n là số chẵn – mỗi cơ cấu chấp hành có hai hành trình). - Theo một chiều tùy chọn, đặt liên tiếp các hành trình theo luật điều khiển tuần tự mà bài toán điều khiển yêu cầu ( nghiên cứu từ mô tả công nghệ hoặc biểu đồ hành trình bước).
- Chọn điểm khởi đầu để chia tầng sao cho số tầng là ít nhất. Chẳng hạn, nếu chọn điểm khởi đầu từ bước 2 ( 1A-) theo chiều kim đồng hồ, ta có 2 tầng. Tuy nhiên nếu chọn từ bước 1 ( 1A+), ta có 3 tầng. và số tầng nhiều hơn sẽ khiến mạch điều khiển phức tạp và chi phí tốn kém hơn.
Thiết kế hệ thống điều khiển theo tầng khí nén. Các nguyên tắc chung:
- Trong hệ thống điều khiển theo tầng, mỗi tầng đã được phân chia như trên được xem như là một nguồn tín hiệu điều khiển( ở đây là nguồn khí nén dành cho điều khiển, ở phần sau chúng ta có tầng điện). Như vậy, ở mỗi thời điểm chỉ có một tầng duy nhất hoạt động, nói cách khác chỉ có một nguồn khí nén điều khiển duy nhất cho mỗi thời điểm.
- Tại vạch phân chia tầng phải có phần tử đưa tín hiệu cung cấp tín hiệu chuyển tầng (hay thiết lập tầng) , ký hiệu là E1 thiết lập tầng I; E2 –tầng II ;…
Số tín hiệu chuyển tầng bằng số tầng.
- Chuyển đổi khí nén cho các tầng gọi là van chuyển tầng, các van chuyển tầng nhất thiết phải là các van có nhớ 4/2 hoặc 5/2, số lượng cần dùng n-1 van, với n = số tầng.
- Trình tự chuyển tầng phải tuân theo yêu cầu công nghệ, tức tuân theo biểu đồ hành trình bước. Để đảm bảo điều đó thì khí nén của một tầng đang tồn tại sẽ được dùng để điều khiển chuyển tầng cho tầng kế tiếp ngay sau đó thông qua các phần tử phát tín hiệu chuyển tầng.
Hình 3.25a,b và c trình bày một số sơ đồ nguyên lý của mạch chuyển đổi tầng điều khiển bằng khí nén.
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Hình 3.25c Mạch chuyển đổi n tầng Hình 3.25a Các mạch chuyển đổi 2, 3 tầng
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Ví dụứng dụng : 1. Điều khiển tựđộng theo hành trình một Xilanh tác dụng kép là mạch điều khiển hai tầng. Hình 3.26 trình bày biểu đồ hành trình bước Số tầng n=2; số van chuyển tầng bằng 1 (van 1V0- 4/2 xung); số tín hiệu chuyển tầng bằng 2: ( 1S0 ∧ 1S1) và (1S2) Van đảo chiều 1V1
Hình 3.27 mô tả sơđồ hệ thống khí nén có cấu trúc 2 tầng điều khiển xilanh nêu trên với yêu cầu hành trình đi ra có điều chỉnh tốc độ (dùng van tiết lưu 1V3); hành trình đi về nhanh nhất có thể ( dùng van xả nhanh 1V2).
2. Thiết bị gá kẹp và khoan chi tiết
Hình 3.29 mô tả biểu đồ hành trình bước và 2 tầng điều khiển cho thiết bị khoan
Hình 3.30 biểu diễn sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển bằng khí nén thiết kế theo tầng cho thiết bị khoan.
Hình 3.28 Sơđồ công nghệ gia công khoan
Hình 3.26 Biểu đồ hành trình bước
Hình 3.27
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo