L ỜI NểI ĐẦU
7.2. Phõn loại phương phỏp điều khiển
- Điều khiển bằng tay.
- Điều khiển tựy động theo thời gian. - Điều khiển tựy động theo hành trỡnh.
- Điều khiển theo chương trỡnh bằng cơ cấu chuyển mạch. - Điều khiển theo tầng.
- Điều khiển theo nhịp.
- Điều khiển bằng bộ chọn theo bước. 7.2.1. Điều khiển bằng tay
- Điều khiển trực tiếp
Điều khiển bằng tay được ứng dụng phần lớn ở những mạch điều khiển bằng khớ nộn đơn giản, vớ dụ như cỏc đồ gỏ kẹp chi tiết. a/ Điều khiển trực tiếp: Điều khiển trực tiếp cú đặc điểm là chức năng đưa tớn hiệu và xử lý tớn hiệu do một phần tử đảm nhận. Vớ dụ mạch điều khiển xy - lanh tỏc dụng một chiều.
Hỡnh 7.19. Mạch điều khiển trực tiếp.
Hỡnh 6.20 biểu diễn mạch điều khiển bằng tay gồm cú phần tử đưa tớn hiệu 1.1 và phần tử xử lý tớn hiệu 1.2.
Hỡnh 7.20. Mạch điều khiển giỏn tiếp
- Điều khiển giỏn tiếp:
Pớt - tụng đi ra và lựi vào được điều khiển bằng phần tử nhớ 1.3. Mạch điều khiển và biểu đồ trạng thỏi trỡnh bày trờn hỡnh 6.21.
Hỡnh 7.21. Mạch điều khiển giỏn tiếp xy - lanh tỏc dụng đơn cú phần tử nhớ.
Mạch điều khiển xy - lanh tỏc động hai chiều với phần tử nhớ 1.3 trỡnh bày ở hỡnh 6.22.
Hỡnh 7.22. Mạch điều khiển giỏn tiếp xy - lanh tỏc dụng kộp cú phần tử nhớ. 7.2.2. Điều khiển tựy động theo thời gian:
Điều khiển tựy động theo thời gian được minh họa ở hỡnh 6.23. Khi nhấn nỳt ấn 1.1 van đảo chiều 1.3 đổi vị trớ, pớt - tụng 1.0 đi ra, đồng thời khớ nộn sẽ qua cửa X để vào phần tử thời gian 1.2. Sau thời gian (t) van đảo chiều 1.3 đổi vị trớ. Hỡnh 6.20 biểu diễn sơ đồ mạch điều khiển tựy động theo thời gian cú chu kỳ tự động.
Van đảo chiều 5/2 (1.3)
Phần tử thời gian 1.2
Nỳt ấn 3/2 (1.1)
Hỡnh7.23. Sơ đồ mạch điều khiển tựy động theo thời gian và biểu đồ trạng thỏi.
Biểu đồ trạng thỏi của sơ đồ mạch điều khiển tựy động theo thời gian cú chu kỳ tự động trỡnh bày trờn hỡnh 7.24.
Xy - lanh tỏc dụng kộp 1.0 Van đảo chiều 5/2 (1.4)
Phần tử thời gian 1.2
Phần tử thời gian 1.3
Nỳt ấn cú rónh định vị 3/2 (1.1)
Hỡnh 7.24: Sơ đồ mạch điều khiển tựy động theo thời gian
cú chu kỳ tự động và biểu đồ trạng thỏi.
- Điều khiển vận tốc:
+ Điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu một chiều trỡnh bày ở hỡnh 6.25. Khi ấn cụng tắc 1.1, vận tốc đi ra của xy - lanh phụ thuộc vào độ mở của van tiết lưu, khi ngắt
cụng tắc 1.1, vận tốc đi vào của xy - lanh tăng lờn nhờ khớ nộn thoỏt qua hai đường van tiết lưu và van một chiều.
Hỡnh 7.25. Điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu một chiều.
+ Điều khiển vận tốc bằng van thoỏt khớ nhanh trỡnh bày ở hỡnh 6.26. Khi ấn cụng tắc 1.1, vận tốc đi ra của xy - lanh chậm, khi ngắt cụng tắc 1.1, vận tốc đi vào của xy - lanh tăng lờn nhờ khớ nộn thoỏt qua van thoỏt khớ nhanh.
Hỡnh 7.26. Điều khiển vận tốc bằng van thoỏt nhanh.
7.2.3. Điều khiển tựy động theo hành trỡnh
Cơ sở điều khiển tựy động theo hành trỡnh là vị trớ của cỏc cụng tắc hành trỡnh Khi một bước thực hiện trong mạch điều khiển cú lỗi, thỡ mạch điều khiển sẽ đứng yờn.
Pớt - tụng 1.0
Van đảo chiều 3/2 (1.3)
Cụng tắc hành trỡnh 3/2 (1.2)
Nỳt ấn 3/2 (1.1)
Hỡnh 7.27: Điều khiển tựy động theo hành trỡnh với 1 xy - lanh.
- Điều khiển tựy động theo hành trỡnh với một xy - lanh cú chu kỳ tự động trỡnh bày trờn hỡnh 6.28.
Mạch điều khiển thực hiện tự động nhờ sử dụng nỳt ấn cú rónh định vị 1.1, chừng nào nỳt ấn 1.1 ở vị trớ b thỡ mạch sẽ ngừng hoạt động.
Sơ đồ và biểu đồ trạng thỏi của mạch điều khiển tựy động theo hành trỡnh với một xy - lanh cú chu kỳ tự động trỡnh bày trờn hỡnh 6.28.
Pớt - tụng 1.0
Van đảo chiều 3/2 (1.4)
Cụng tắc hành trỡnh 3/2 (1.3) Cụng tắc hành trỡnh 3/2 (1.2)
Hỡnh 7.28. Điều khiển tựy động theo hành trỡnh một xilanh cú chu kỳ tự động và biểu đồ
trạng thỏi.
- Điều khiển tựy động theo hành trỡnh với một xy – lanh cú phần tử thời gian giới hạn thời gian dừng của pớt - tụng ở cuối hành trỡnh biểu diễn trờn hỡnh 6.26
Xy - lanh tỏc dụng kộp 1.0 Van đảo chiều 5/2 (1.4)
Phần tử thời gian 1.3
Cụng tắc hành trỡnh 3/2 (1.2) Nỳt ấn 3/2 (1.1)
Hỡnh 6.29: Sơ đồ và biểu đồ trạng thỏi của mạch điều khiển tựy động theo hành
trỡnh với một xilanh cú phần tử thời gian.
7.3. Cỏc phần tử điện – thủy lực
Hệ thống lắp rỏp điện – thủy lực được biểu diễn một cỏch tổng quỏt theo hỡnh 7.25. Mạch điện điều khiển thụng thường là dũng điện một chiều.
Hỡnh 7.30. Hệ thống lắp rỏp điện – thủy lực
7.3.1. Cỏc van đảo chiều bằng nam chõm điện *) Ký hiệu: *) Ký hiệu:
Van đảo chiều bằng nam chõm điện kết hợp với khớ nộn cú thể điều khiển trực tiếp ở hai đàu nũng van hoặc giỏn tiếp qua van phụ trợ. Một số ký hiệu của van điều khiển bằng nam chậm điện được biểu diển ở hỡnh 6.26.
Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam chõm điện và lũ xo.
Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam chõm điện cả hai phớa.
Van đảo chiều điều khiển giỏn tiếp bằng nam chõm điện và thủy lực
Van đảo chiều điều khiển giỏn tiếp bằng nam chõm điện cả hai phớa.
Van đảo chiều điều khiển giỏn tiếp bằng nam chõm điện và thủy lực
Hỡnh 6.31. Ký hiệu cỏc loại điều khiển
*) Điều khiển trực tiếp
1. Thõn van
2. Cuộn dõy nam chõm điện 3. Lừi sắt từ 4. Vũng đệm chắn 5. Lũ xo 6. Hộp nam chõm điện 7. Mặt tựa Ký hiệu
Hỡnh 6.32. Cấu tạo và ký hiệu van đảo chiều 2/2 điều khiển trực tiếp bằng nam chõm điện
Cấu tạo và ký hiệu của van đảo chiều 3/2 điều khiển trực tiếp bằng nam chõm điện (hỡnh 6.28)
Hỡnh 6.33. Van đảo chiều 3/2 điều khiển trực tiếp bằng nam chõm điện
*) Điều khiển giỏn tiếp
- Cấu tạo và ký hiệu của van đảo chiều 3/2 điều khiển giỏn tiếp bằng nam chõm điện.
1. Thõn van chớnh 2. Cuận dõy
5. Lũ xo 7. Mặt tựa
3. Nũng van 4. Vũng đệm chắn
8. Lừi sắt từ
9. Nỳt điều chỉnh bằng tay 10.Vũng đệm chắn
Hỡnh 6.34. Cấu tạo và ký hiệu van đảo chiều 3/2 điều khiển
giỏn tiếp bằng nam chõm điện.
- Nguyờn lý hoạt động
Khi van ở vị trớ “khụng” cửa nối với nguồn P sẽ nối với nhỏnh b (nhỏnh đi vào điều khiển van) để van nắm ở vị trớ b. Khi cấp nguồn điện cho van (cấp vào nhành a), dũng điện sinh ra lực từ trong van và hỳt nũng van dịch chuyển về vị trớ a
(hỡnh 6.30)
Hỡnh 7.35. Nguyờn lý làm việc của van đảo chiều 3/2
7.3.2. Cỏc phần tử điện
+ Cụng tắc
Trong kỹ thuật điều khiển, cụng tắc, nỳt ấn thuộc phần tử đưa tớn hiệu
Hỡnh 6.37. Cụng tắc: a. Cụng tắc đúng – mở
b. Cụng tắc chuyển mạch
+ Nỳt ấn
- Nỳt ấn – đúng mở: Khi chưa tỏc động vào nỳt ấn thỡ chưa cú dũng điện chạy qua (mở), khi tỏc động (nhấn) dũng điện đi qua 3 – 4
Hỡnh 7.38. Cấu tạo và ký hiệu nỳt ấn đúng – mở.
- Nỳt ấn chuyển mạch (nỳt ấn liờn động)
Hỡnh 7.39. Cấu tạo và ký hiệu của nỳt ấn chuyển mạch
+ Rơle: Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như là phần tử xử lý tớn hiệu. Cú nhiều loại rơle khỏc nhau, tựy theo cụng dụng.
- Rơle đúng mạch: Khi dũng điện chạy qua cuộn dõy cảm ứng thỡ xuất hiện lực từ trường, lực từ trường này sẽ hỳt lừi sắt, trờn đú cú lắp cỏc tiếp điểm. Cỏc tiếp điểm là cỏc
tiếp điểm chớnh để đúng, mở mạch chớnh và cỏc tiếp điểm phụ để đúng mở mạch điều
Hỡnh 7.40. Rơle đúng mạch
- Rơ le điều khiển: Nguyờn lý hoạt động của rowle điều khiển giống như rơ le đúng mạch. Khỏc với rơ le đúng mạch là rơ le điều khiển đúng, mở cho mạch cụng suất nhỏ và thời gian đúng, mở của tiếp điểm rất nhỏ(1ms đến 10ms).
Hỡnh 7.41. Cấu tạo và ký hiệu rơ le điều khiển
- Rơle thời gian: Cấu tạo
Hiện nay người ta thường sử dụng loại rơ le diện từ được sản xuất ở Đài Loan,Trung Quốc, Hàn Quốc…Sơ đồ bố trớ cực đấu dõy như hỡnh 6.42b.
Ghi chỳ:
-Cặp cực 8-6 là tiếp điểm thường mở, đúng chậm.
-Cặp cực 8-5 là tiếp điểm thường đúng, mở chậm.
-Cặp cực 1-3 là tiếp điểm thường mở (tỏc động tức thời).
-Cặp cực 1-4 là tiếp điểm thường đúng (tỏc động tức thời).
a) DC AC POWER CKC TYPE: AH3-3 TIMER b)
Hỡnh 7.42. Cấu tạo rơ le thời gian
Nguyờn lý hoạt động
Cỏc rơ le thời gian điện từ thụng thường đều dựa trờn cơ sở mạch “RC” như hỡnh vẽ 7.43 a. Nguyờn tắc làm việc như sau:
Khi K2 đang ở trạng thỏi ngắt, đúng K1, tụ điện C được nạp cho đến khi bằng điện ỏp nguồn EC thỡ quỏ trỡnh nạp kết thỳc (tụ đó nạp đầy). Hằng số τ = RC sẽ quyết định thời gian nạp của tụ điện. Sau đú, nếu ta ngắt K1 và đúng K2 thỡ tụ C sẽ phúng điện qua R1.Hỡnh 7.38 b. minh họa sự nạp, phúng của tụ điện C.
Rơ le thời gian gồm cú loại tỏc động muộn và loại nhả muộn
Đường nạp của tụ Đường phúng của tụ
Hỡnh 7.43. a. Sơ đồ mạch của rơ le thời gian
b. Sự nạp, phúng của tụ điện trong rơ le thời gian
+ Cụng tắc hành trỡnh cơ điện:
Cụng tắc hành trỡnh điện cơ được dựng để xỏc định vị trớ của cơ cấu chấp hành hoặc vị trớ của phụi liệu.
Hỡnh 7.44. Cụng tắc hành trỡnh điện – cơ.
1– Chốt dẫn hướng. 3 – Vỏ. 7, 9 – Tiếp điểm tĩnh.
2 – Đũn mở. 4, 5, 6 – Lũ xo. 8 – Tiếp điểm động.
Nguyờn lý hoạt động của cụng tắc hành trỡnh điện - cơ được biểu diễn: Khi con lăn chạm vào cữ hành trỡnh, thỡ tiếp điểm 1à được nối với 4.
7.4. Thiết kế mạch điều khiển điện – thủy lực
7.4.1. Nguyờn tắc thiết kế
Sơ đồ mạch điện - khớ nộn gồm cú hai phần: - Sơ đồ mạch điện điều khiển.
- Sơ đồ mạch khớ nộn.
Cỏc phần tử điện đó được trỡnh bày ở phần trờn. Sau đõy là ký hiệu cỏc phần tử điện:
- Tiếp điểm:
- Nỳt ấn:
- Cụng tắc hành trỡnh:
- Cảm biến:
7.4.2. Mạch dạng xung.
- Truyền tớn hiệu với một rơle hoặc bảo vệ, người ta cú thể truyền tớn hiệu mạch từ đoạn mạch này sang đoạn mạch khỏc mà khụng cần nối điện giữa chỳng. Mục đớch là ở mạch điều khiển chỉ cần một điện ỏp nhỏ một chiều hoặc xoay chiều,
nhờ tỏc động của rơle cú thể điều khiển được nhiều mục đớch khỏc nhau như:
* Khuếch đại: Rơle K1 chỉ cần một cụng suất điện rất nhỏ để đúng ngắt. Tiếp điểm K1 của rơle cú thể đúng ngắt một cụng suất lớn gấp nhiều lần.
* Nhõn lờn: Rơle cú rất nhiều tiếp điểm, người ta cú thể dựng cỏc tiếp điểm này để đúng ngắt nhiều mạch điện (như hệ thống đốn bỏo hiệu, bơm nước làm nguội .v.v…). Như vậy, với một tớn hiệu cú thể điều khiển được rất nhiều mạch.
* Đảo ngược: Với bộ ngắt S1, cỏc thiết bị cú thể được đúng. Đốn bỏo H1 chỉ cần sỏng khi động cơ hoặc mỏy cụng tỏc đứng yờn và tắt khi đó đúng mạch. Việc đảo tớn hiệu này cú được nhờ một bộ mở tớn hiệu của rơle K1 (tiếp điểm thường mở). Rơle đảm nhiệm cả việc đảo tớn hiệu.
* Liờn kết: Đối với liờn kết AND, cỏc tiếp điểm được đấu nối tiếp. Rơle K1 chỉ hoạt động với điều kiện bộ ngắt định vị S1 và S2 được tỏc động. Liờn hệ này được biểu diễn bằng hàm số mạch, ký hiệu K1 = S1 ^ S2. Đối với liờn kết OR cỏc tiếp điểm được đấu song song. Rơle K1 hoạt động với điều kiện chỉ cần một trong hai bộ ngắt định vị S1 và S2 được tỏc động. Liờn hệ này được biểu diễn bằng hàm số mạch, ký hiệu K1 = S1 ^ S2.
Đối với liờn kết NOT cỏc tiếp điểm được đấu song song. Rơle K1 hoạt động với điều kiện bộ ngắt định vị S1 khụng tỏc động. Trường hợp S1 được tỏc động rơle K1 điều
khiển tiếp điểm thường đúng mở ra, mạch động lực bị ngắt. Liờn hệ này được biểu diễn bằng hàm số mạch, ký hiệu K1 = S1. Liờn kết này thường hay gặp trong trường hợp mạch điều khiển động cơ điện xoay chiều 3 pha thay đổi chiều quay trong quỏ trỡnh làm việc. Thớ dụ: K1 điều khiển cho động cơ quay phải, K2 điều khiển cho động cơ quay trỏi. Để đúng ngắt K1 và K2 cú thể dựng tiếp điểm cú định vị nhờ cơ học, hoặc tiếp điểm thường mở K1 kết hợp với liờn kết NOT để khúa tiếp điểm K2 và ngược lại khi muốn đổi chiều quay.
Hỡnh 7.45: Cỏc loại liờn kết trong mạch điện
- Để thực hiện điều khiển ngắt quóng quỏ trỡnh điều khiển, ta sử dụng cỏc hàm logic để điều khiển hoặc điều khiển ngắt quóng bằng tiếp điểm, trờn hỡnh 7.46 thể hiện nguyờn lý điều khiển theo xung. Khi nào cỏc nỳt ấn ON1 hoặc ON2 được tỏc động (đúng
lại thời gian tỏc động tớnh bằng ms) thỡ lỳc đú cỏc cuộn dõy điện từ X hoặc Y cú điện
điều khiển pittong đi ra. Khi thụi khụng tỏc động nữa thỡ pittong dừng lại tại thời điểm đú. Với thời gian tỏc động vào nỳt ấn càng nhỏ thỡ pittong dịch chuyển càng nhỏ và khụng thể đi ra hết quỏ trỡnh trong một lần tỏc động.
7.4.3. Mạch trigơ một trạng thỏi bền:
Mạch tạo xung vuụng từ tớn hiệu bất kỳ:
Trỏi ngược với mạch tạo xung vuụng từ tớn hiệu sin. Mạch tạo xung từ tớn hiệu bất kỳ được dựng rộng rói trong kỹ thuật số, chỳng được dựng để tạo ra cỏc xung tớn hiệu số cho cỏc mạch xử lý dạng số từ cỏc tớn hiệu tương tự như Hỡnh 7.47 gọi là mạch Schmitt trigge
Trờn sơ đồ (Hỡnh vẽ 6.47) hai tranzito Q1 và Q2 dược mắc trực tiếp cú chung cực E. Cực B2 được phõn cực nhờ Rb2 lấy từ VC1 để cú điện ỏp vào là xung vuụng thỡ hai trasistor Q1 và Q2 phải làm việc luõn phiờn ở chế độ bóo hũa và ngưng dẫn. khi Q1 ngưng dẫn thỡ Q2 bóo hoà và ngược lại khi Q1 bóo hũa thỡ Q2 ngưng dẫn.
Hỡnh 7.47: Mạch Schmitt trigơ căn bản
Nguyờn lớ hoạt động :
- Khi chưa cú tớn hiệu ngừ vào :
Tranzito Q1 ngưng dẫn do phõn cực Vbe 0 (RB1 nối mass)
Tranzito Q2 dẫn bóo hũa do VC1 tăng cao qua RB2 phõn cực VBE2 0,7v. Khi chưa cú tớn hiệu thời gian dẫn bóo hũa lõu, cú thể làm Q2 thủng nờn dũng phõn cực qua RC2 nhỏ.
Tớn hiệu phải cú biờn độ đủ lớn để kớch Q1 dẫn bóo hũa do đú tớn hiệu trước khi được đưa đến mạch Schmitt trigơ được đưa qua cỏc mạch khuếch đại.
Tớn hiệu ngừ vào thường được ghộp qua tụ để phõn cỏch thềm điện ỏp phõn cực giảm sự ảnh hưởng do ghộp tầng.
- Khi cú tớn hiệu ngừ vào:
Tranzito Q1 chuyển từ trạng thỏi ngưng dẫn sang trạng thỏi dẫn làm điện ỏp VC1 0 giảm qua RB2 làm cho VB2 giảm, kộo theo sự giảm điện ỏp VE2 cũng chớnh là VE1 do được