6. Thiết bị xử lý khí nén
2.2. Động cơ khí nén:
26
Hình 2.3: Động cơ khí nén.
3.Van đảo chiều: 3.1. Van 2/2:
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng – mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng.
Ký hiệu:
2
1
Hình 2.4: Ký hiệu van đảo chiều 2/2 Chỉ số đầu chỉ số cổng.
Chỉ số thứ 2 chỉ số vị trí(số ô vuông).
Sự chuyển đổi nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau, dòng
năng lượng sẽ di chuyển theo chiều mũi tên, và sẽ bị chặn lại khi chữ ký hiệu chữ T.
3.2. Van đảo chiều không duy trì 3/2 :
27
Hình 2.5: Cấu tạo và ký hiệu Van đảo chiều không duy trì 3/2
3.3. Van đảo chiều duy trì 5/2:
* Cấu tạo, ký hiệu:
4 2
5
1 3
14 12
Hình 2.6: Cấu tạo và ký hiệu Van đảo chiều duy trì 5/2
4. Nút nhấn:
4.1.Nút nhấn 3/2:
28 2
1 3
Hình 2.7: Ký hiệu nút nhấn thường đóng không duy trì
- Nút nhấn 3/2 thường mở không duy trì:
2
1 3
Hình 2.8: Ký hiêu nút nhấn 3/2 thường mở không duy trì
4.2. Nút nhấn 5/2:- Nút nhấn 5/2 không duy trì - Nút nhấn 5/2 không duy trì - Nút nhấn 5/2 không duy trì 4 2 5 1 3
Hình 2.9: Ký hiệu Nút nhấn 5/2 không duy trì - Nút nhấn 5/2 duy trì( công tắc)
4 2
5 1
3
Hình 2.10: Ký hiệu nút nhấn 5/2 duy trì( công tắc)
5. Công tắc hành trình:
- Công tắc hành trình tác động hai chiều:
29
Hình 2.12: Ký hiệu công tắc hành trình tác động hai chiều thường đóng
Hình 2.13: Ký hiệu công tắc hành trình tácđộng hai chiều thường mở - Công tắc hành trình tác động một chiều
Hình 2.14: Công tắc hành trình tác động một chiều
2
1 3
Hình 2.15: Ký hiệu công tắc hành trình tác động một chiều thường đóng
2
1 3
30
6.Van tiếc lưu:
100%
Hình 2.17: Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu 2 chiều
100%
Hình 2.18: Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu 1 chiều
Van tiếc lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh
vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Nguyên lý làm việc của van tiếc lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đồi tiết diện.
7.Van logic:
7.1. Van OR( van con thoi):
1 1
2
Hình 2.19: Cấu tạo và ký hiệu Van OR( van con thoi)
Van này có 2 cổng vào E1 , E2, và 1 cổng ra A. Khi E1 làm việc thì E2 bị đóng(
do dòng khí nén đẩy viên bi hoặc màng chắn). Lúc này khí nén từ E1 đến A rồi
đến các cơ cấu điều khiển. Khi cổng E2 làm việc thì cổng E1 đóng lại, khí nén từ E2 đến A rồi đến các cơ cấu điều khiển.
31
7.2.Van AND ( van 2 áp lực)
1 1
2
Hình 2.20: Cấu tạo và ký hiệu Van AND ( van 2 áp lực).
Van này có 2 cổng vào E1 , E2, và 1 cổng ra A.khi khí nén ra cổng A thì phải tác động cùng lúc 2 cổng E1 và E2 . trong trường hợp áp suất ở 2 ổng khác nhau ,thì dòng áp suất khí nén đến cổng A từ cổng có áp suất nhỏ hơn, còn cổng có áp suất nhỏ hơn bị khóa lại. Van này dùng để điều khiển tín hiệu hóa đảm bảo an toàn khi làm việc.
8.Van trì hoãn thời gian:
8.1.Van trì hoãn thời gian thường đóng:
100%
2
1 12
3
Hình 2.21: Cấu tạo và ký hiệu Van hoãn thời gian thường đóng
Van này bao gồm van 3/2 nối với bình chứa khí và van tiếc lưu 1 chiều. Thời gian trì hoãn được cài đặt tờ 0 đến 30s. bình chứa dùng để tăng thời gian trì hoãn. Dòng khí nén đi vào van tiếc lưu 1 chiều đến bình chứa khí, khi đạt đến áp suất điều chỉnh thì dòng khí nén tác động vào van 3/2 làm cho cổng 1 thông với
32
cổng 2 và khi đi vào xy lanh điều khiển. Kết quả là cổng 2 và cổng 3 bị ngắt sau thời gian trì hoãn.
8.2.Van trì hoãn thời gian thường mở:
Tương tự như van trì hoãn thời gian 3/2 thường đóng, nhưng van này có van 3/2 thường mở. Dòng khí nén đi qua van tiết lưu đến bình chứa khí, khi đạt áp suất điều chỉnh thì dòng khí nén tác động vào van 3/2 làm cổng 2 và cổng 3 thông nhau, khí thoát ra ngoài. Kết quả là cổng 1 và cổng 2 bị ngắt sau một thời gian trì hoãn. 100% 2 1 10 3
Hình 2.22: Ký hiệu Van trì hoãn thời gian thường mở
9. Van áp suất:
9.1. Van an toàn:
- Nguyên lý làm việc:
Van an toàn có nhiệm vụ giữ cho áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo và như vậy khí nén sẽ theo cửa R ra ngoài không khí
Hình 2.23: Cấu tạo van an toàn. - Ký hiệu van an toàn:
33
9.2. Van tràn:
- Nguyên lý làm việc:
Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tựnhư van an toàn, nhưng khác ở chỗ là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định thì cửa P nối với cửa A và nối với hệ thống điều khiển.
- Ký hiệu:
Hình 2.25: Ký hiệu van tràn.
9.3. Van điều chỉnh áp suất:
- Nguyên lý làm việc:
Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất không đổi cả khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đầu ra hoặc sự dao động áp suất ởđầu vào.
Nguyên lý làm việc: khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van.
Trong trường hợp áp suất của đầu ra tăng so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van sẽ thay đổi, khí nén sẽ qua cửa xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đầu ra giảm xuống bằng áp suất được điều chỉnh thì kim vansẽ trở về vịtrí ban đầu.(hình)
Ký hiệu:
34
Hình 2.27: Cấu tạo và nguyên lý hoạtđộng của van điều chỉnh áp suất.
9.4.Rơ le áp suất:
Rơle áp suất có nhiệm vụ đóng mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức yêu cầu.
Trong hệ thống điều khiển điện- khí nén, rơ le áp suát có thể coi như phần tử chuyển đổi tín hiệu điện- khí nén. Công tắc điện đóng, mở tương ứng với những áp suất khác nhau có thể điều chỉnh bằng vít điều chỉnh
35
10. Van xả nhanh:
Van này có 2 cổng vào 1, 2 và 1 cổng xả 3. Thì khí nén đi vào cổng 1 đẩy viên bi hoặc màng ngăn đóng cổng 3 lại, lúc này dòng khí nén đi qua cổng 2 tác động đến xy lanh đẩy piston duỗi ra. Khi piston thụt vào, áp lực khí nén đẩy viên bi đóng cổng 1, lúc này cổng 2 và 3 thông nhau khí thoát ra ngoài. Van này dùng để xả lượng khí lớn ra ngoài rất nhanh chóng nên tăng tốc độ thụt vào của piston.
11. Van chân không:
Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không,
chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi.
Ký hiệu:
P
U
Hình 2.30: Cấu tạo và ký hiệu của van chân không. Ta có lực hút chân không:
R Hình 2.29: Cấu tạovà ký hiệu của van xả nhanh.
36 - Giới thiệu van chân không:
Bộ điều tốcchân không từ Van chân không VSMR Series khí nén về cơ bản
làm việc theo nguyên lý của van chân không Ejector (Vacuum Cartridge). Được sử dụng nhiều trong công nghiệp dây chuyền tự động hóa, trong các cánh tay robot...thời gian đáp ứng nhanh.
Hình 2.32: Van chân không VSMR Series
- Độ chân không max: -26.5 inHg (-90kPa)
- Lưu lượng dòng chảy: 3 scfm (85 Nl/min)
-Nguồn khí cung cấp: 43~87 psi, max 101.5psi (4~6bar, max7bar) - Lưu lượng khí tiêu thụ: 0.7 ~1.13 scfm (20~32 Nl/min)
- Kiểu khí cung cấp: khí khô
- Nhiệt độ làm việc : -4˙F ~ 176˙F
- Độ ồn: 60-65 dBA
12. Van kiểm tra:( Van một chiều):
Van này dòng khí nén đi theo 1 hướng nhất định từ cổng 1 sang cổng 2, hướng còn lại từ cổng 2 đến cổng 1 bị khóa lại bằng 1 viên bi, tấm chắn hoặc màng ngăn.
37
13. Van tuần tự:
Hình 2.33: Van tuần tự.
Van này làm việc như van áp suất, nếu áp suất quá giá trị cài đặt thì van mở ra, dòng khí thổi từ cổng 1 sang cổng 2, cổng 3 đóng lại.
14. Cảm biến bằng tia:
Cảm biến bằng tia là loại cảm biến không tiếp xúc, tức là quá trình cảm
biến không cần tiếp xúc giữa bộ phận cảm biến và chi tiết.
Cảm biến tia có 3 loại: Cảm biến bằng tia rẽ nhánh, cảm biến bằng tia phản hồi và cảm biến bằng tia qua khe hở.
14.1. Cảm biến bằng tia rẽ nhánh:
38
14.2. Cảm biến bằng tia phản hồi .
Hình 2.35: Cấu tạo và ký hiệu của cảm biến hình tia phản hồi Nếu không bị chặn thì dòng khí đi thẳng (X=0)
Nếu bị chặn thì dòng khí phản hồi (X=1).
14.3. Cảm biến bằng tia qua khe hở:
Gồm hai bộ phận: bộ phận phát và bộ phận nhận, thường bộ phận phát và bộ phận nhận có cùng áp suất p
39
BÀI 3: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN.
Giới thiệu:
Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng thiết kế mạch điều khiển khí nén trong các mạch ứng dụng.
Mục tiêu:
- Biết biểu diễn biểu đồ trạng thái để thể hiện yêu cầu công nghệ của mạch khí
nén.
- Hiểu và vận dụng phương pháp thiết kế vào thiết kế mạch khí nén.
- Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong công
việc
1. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển. 1.1. Biểu đồ trạng thái: 1.1. Biểu đồ trạng thái:
1.1.1. Ký hiệu
P
t
Công tắc ngắt khi nguy hiểm Nút đóng Nút đóng và ngắt Nút ngắt Công tắc chọn chế độ làm việc ( bằng tay, tự động) Nút tự động Nút ấn Đèn báo Nút ấn tác động đồng thời Phần tử áp suất Phần tử thời gian Tín hiệu rẽ nhánh Liên kết OR Liên kết AND Phần tử tác động bằng cơ Liên kết OR có 1 nhánh phủ định S
40
1.1.2. Thiết kế biểu đồ trạng thái:
- Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử.
- Trục tọa độ thẳng dứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, góc quay, áp suât..).
- Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc là thời gian
hành trình.
- Hành trình làm việc được chia thành các bước. Sự thay đổi trạng thái
trong các bước được được biểu diễn bằng nét đậm. Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng đường nét nhỏ và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên
Ví dụ1: Thiết kế biểu đồ trạng thái của quy trình điều khiển sau:
Xy lanh tác dụng 2 chiều A sẽ duỗi ra khi tác động vào nút ấn 1.2 hoặc
1.4. Muốn xylanh thụtvề thì phải tác động đồng thời nút ấn 1.6 và 1.8 Biểu đồ trạng thái của xylanh A được biểu diễn trên hình 4.2. - Nút ấn 1.2 và nút ấn 1.4 là liên kết OR
- Nút ấn 1.6 và 1.8 là liên kết AND
- Xy lanh duỗi ra ký hiệu dấu “+”, xylanh lùi vào ký hiệu “- “
Hình 3.2: Biểu đồ trạng thái của xylanh A.
4 2 5 1 3 14 12 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 1 1 2 1 1 2 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 A O R A ND
41
1.2. Sơ đồ chức năng. 1.2.1. Ký hiệu. 1.2.1. Ký hiệu.
- Sơ đồ chức năng bao gồm các bước thực hiện và các lệnh. Các bước thực hiện
được ký hiệu theo số thứ tự và các lệnh gồm tên lệnh, loại lện và vị trí ngắt của lệnh.
- Ký hiệu bước thực hiện (hình 3.4). Tín hiệu ra a1 của bước thực hiện điều khiển lệnh điều khiển (van đảo chiều, xylanh động cơ) và được biểu diễn bằng
những đường thẳng nằm bên phải và phía dưới ký hiệu các bước thực hiện.
- Tín hiệu vào được biểu diễn bằng những đường thẳng nằm phía trên và bên trái
của ký hiệu bước thực hiện. Bước thực hiện thứ n sẽ có hiệu lực khi lệnh của
bước thực hiện thứ (n-1) trước đó phải hoàn thành và đạt được vị trí ngắt của
lệnh đó. Bước n sẽ bị xóa khi các bước thực hiện tiếp theo sau đó có hiệu lực
- Ký hiệu lệnh thực hiện gồm 3 phần: tên lệnh, loại lệnh và vị trí ngăt lệnh. Tín hiệu ra của lệnh có thể không cần biểu diễn ở ô vuông bên phải của ký hiệu
Ví dụ: Tín hiệu ra a1 sẽ điều khiển van đảo chiều V1 bằng lệnh SH (loại lệnh
nhớ, khi dòng năng lượng trong hệ thống mất đi). Với tín hiệu ra A1 từ van đảo
chiều sẽ điều khiển pittong duỗira bởi lệnh NS (không nhớ)
Hình 3.4: Ký hiệu các bước và các lệnh thực hiện sơ đồ chức năng
42
1.2.2. Ví dụ thiết kếsơ đồ chức năng:
Nguyên lý làm việc của máy khoan: Sau khi chi tiết được kẹp(xylanh 1.0 duỗi ra). Đầu khoan bắt đầu đi xuống (Xylanh 2.0) và khoan chi tiết. Khi đầu khoan đã thụt trở về thì chi tiết được tháo ra(xylanh 1.0 thụt về)
43 1 . 0 4 2 5 1 3 14 12 2 . 0 S2 S1 S3 S4 2 1 3 2 1 3 S2 2 1 3 S3 2 1 3 S4 P E 2 1 3 12 10 2 1 3 S1
Hình 3.8: Sơ đồ mạch khí nén của máy khoan Sơ đồ chức năng được thiết kế:
- Tín hiệu ra của lệnh thực hiện, ví dụ lệnh thực hiện 1 sẽ tác động trục tiếp lên
cơ cấu chấp hành (xylanh 1.0 duỗi ra). Sau khi lệnh thứ nhất thực hiện xong, vị
trí ngắt lệnh thực hiện thứ nhất là công tắc hành trình S2, thì bước thực hiện thứ 2 sẽ có hiệu lực. Theo quy trình thì lện thứ nhất phải có nhớ.(hình 4.9)
- Tín hiệu ra của lệnh thực hiện, ví dụ lệnh thực hiện 1 sẽ tác động trực tiếp lên van đảo chiều, van đảo chiều đổi vị trí và vị trí đó phải được nhớ trong quá trình xylanh 1.0 duỗi ra, tín hiệu ra từ van đảo chiều tác động trực tiếp lên cơ cấu chấp hành (Xylanh 1.0 duỗi ra). Giai đoạn này không cần phải nhớ. Sau khi lệnh thứ nhất thực hiện xong, vị trí ngắt lệnh thứ nhất là công tắc hành trình S thì bước thứ 2 sẽ có hiệu lực (hình 4.10)
44
1.3. Lưu đồ tiến trình. 1.3.1. Ký hiệu 1.3.1. Ký hiệu
- Lưu đồ tiến trình biểu diễn phương pháp giải của một quá trình điều
khiển.
45
- Lưu đồ tiến trình có ưu điểm là vạch ra hướng tổng quát của quá trình
điều khiển và có tác dụng như là phương tiện thông tin giữa người sản xuất phần tử điều khiển và kỹ thuật viên sử dụng.
1.3.2. Ví dụ thiết kế lưu đồ tiến trình:
*
Nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển được thực hiện như sau:
- Bước 1: Khi pittong ở vị trí ban đầu(E1 = 1; E2 = 0), nút ấn khởi động E0 tác động, pittong duỗi ra (Z1 +)
- Bước 2: Khi pittong duỗi ra cuối hành trình, chạm vào công tắc hành trình E2,