Van này dịng 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.
13. Van tuần tự:
Hình 3. 32. Van tuần tự.
Van này làm việc như van áp suất, nếu áp suất quá giá trị cài đặt thì van mở ra,
41
14. Cảm biến bằng tia:
Cảm biến bằng tia là loại cảm biến khơng tiếp xúc, tức là q trình cảm biến khơng 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:
Hình 3. 33. Cấu tạo và ký hiệu của cảm biến hình tia rẽ nhánh.
14.2. Cảm biến bằng tia phản hồi.
Hình 3. 34. Cấu tạo và ký hiệu của cảm biến hình tia phản hồi
Nếu khơng bị chặn thì dịng khí đi thẳng (X=0)
Nếu bị chặn thì dịng 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
42
Hình 3. 35. Cảm biến bằng tia qua khe hở
II. Thực hành:
1. Công tác chuẩn bị:1.1. Nghiên cứu sơ đồ:1.1. Nghiên cứu sơ đồ: 1.1. Nghiên cứu sơ đồ:
100%
2
1 3
P E
Hình 3. 36. Sơ đồ mạch khí nén dùng cơng tắc điều khiển trực tiếp xy lanh. - Nguyên lý hoạt động: Cấp nguồn cho mạch.
+ Khi chưa nhấn nút nhấn, khí nén tại cổng 1 bị chặn lại.
+ Khi nhấn nút nhấn PE, nòng van dịch chuyển từ trái sang phải 1 ơ, khí nén đi từ cổng 1 sang cổng 2 qua van tiết lưu 1 chiều. piston duỗi ra chậm, cổng3 bị chặn.
+ Khi mở công tắc PE, do lực đàn hồi của lị xo, đẩy nịng van dịch chuyển về vị trí ban đầu.nguồn bị chặn lại, khí từ piston thốt từ 2 ra 3. nên piston tự động thụt vào.
43 1.2. Thiết bị: Các phần tử khí nén. 1.3. Vật tư: Ống dẫn khí. 1.4. Dụng cụ:Kéo cắt ống dẫn khí. 2. Trình tự thực hiện: 2.1. Lựa chọn các phần tử khí nén:
- Xy lanh tác động đơn: 1 cái.
- Cơng tắc khí nén 3/2 thường đóng: 1 cái
- Van tiết lưu 1 chiều: 1 cái.
2.2. Bố trí các phần tử:
Bố trí các phần tử trên bảng mạch phải chắc chắn, gọn đẹp đồng thời dễ đấu mạch và sửa chữa.
2.3. Lắp đặtmạch:
- Nối ống dẫn khí từ xy lanh đến van tiết lưu.
- Từ van tiết lưu nối ống dẫn khí đến cổng 2 của nút nhấn.
- Nối ống dẫn khí từ nguồn đến cổng 1 của van.
* Chú ý: phải được cắm sâu trong các đầu nối để đảm bảo khí nén từ đầu nối đi qua ống.
2.4. Kiểm tra mạch:
- Kiểm tra nguồn khí nén có cấp đúng cổng 1 hay không.
- Kiểm tra dây nối phải cấp đúng từ cổng 2 của van đến xy lanh.
2.5. Cấp nguồn vận hành:
- Kiểm tra áp suất khí nén phải đúng áp suất yêu cầu.
- Mở nguồn cấp khí cho mạch.
- Bậc cơng tắc cho mạch vận hành.
CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 2
1. Một hệ thống điều khiển khí nén gồm có những phần tử nào?
2. Cho biết chức năng, nhiệm vụ các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén?
3. Vẽ và trình bày nguyên lý hoạt động của van đảo chiều 3/2, 5/2 và các tín hiệu tác động?
4. Có mấy loạivan tiết lưu, van trì hỗn thời gian? Hãy vẽ kí hiệu và trình bày ngun
44
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 như máy dập, máy khoan…
Mục tiêu:
- Biết biểu diễn biểu đồ trạng thái để thể hiện u cầu cơng 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 cơng việc
Nội dung chính:
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.
Hình 4.1: Ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái
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
st…).
- 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
45
Xy lanh tác dụng 2 chiều A sẽ duỗi ra khi tác động vào nút ấn 1.2 hoặc 1.4. Muốn xylanh thụt về 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 4.2: 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
Hình 4. 3. Sơ đồ mạch khí nén của quy trình điều khiển xy lanh A.
1.2. Sơ đồ chức năng.1.2.1. Ký hiệu. 1.2.1. Ký hiệu.
46
- 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 4.4). 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.
Hình 4.4: Ký hiệu các bước và các lệnh thực hiện sơ đồ chức năng
- 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 hồn 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
Hình 4.5: Ký hiệu bước thực hiện
- Ký hiệu lệnh thực hiện gồm 3 phần: tên lệnh, loại lệnh và vị trí ngăt lệnh. Tín hiệu ra của lệnh có thể khơng 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
dịng năng lượng trong hệ thống mất đi). Với tín hiệu ra A1 từ van đảo chiều sẽ điều
47
1.2.2. Ví dụ thiết kế sơ 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)
Hình 4.6: Ký hiệu lệnh thực hiện
48 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 4.8. 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 cơng 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)
Hình 4.9: Sơ đồ chức năng với tín hiệu ra của lệnh trực tiếp tác động
49
- Tín hiệu ra của lệnh thực hiện, ví dụ lệnh thực hiện 1 sẽ tác động trực tiếp lên van đảo chiều, q trình xylanh 1.0 duỗi ra, tín hiệu ra từ van đảo chiều tác động lên cơ cấu chấp hành (Xylanh 1.0 duỗi ra). Sau khi thực hiện xong, vị trí ngắt lệnh thứ nhất là cơng tắc hành trình S thì bước thứ 2 sẽ có hiệu lực (hình 4.10)
1.3. Lưu đồ tiến trình.
1.3.1. Ký hiệu.
- Lưu đồ tiến trình biểu diễn phương pháp giải của một quá trình điều khiển. Hình 4.10: Sơ đồ chức năng với tín hiệu ra của ký hiệu lệnh trực
tiếp tác động lên van đảo chiều
Lệnh thao tác Rẽ nhánh Chương trình con Lệnh thao tác bằng tay Nhập xuất dữ liệu Chiều tác dụng Hợp thành Rẽ nhánh Vị trí chuyển tiếp Kết thúc q trình Ghi chú Hình 4.11: Ký hiệu biểu diễn lưu đồ tiến trình
50
- Lưu đồ tiến trình khơng biểu diễn những thơng số và phần tử điều khiển.
- Lưu đồ tiến trình có ưu điểm làvạch 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 cơng tắc hành trình E2, pittong sẽ thụt về.
- Bước 3: Tại vị trí ban đầu, pittong chạm vào cơng tắc hành trình E1, quá trình điều khiển kết thúc.
* Lưu đồ tiến trình
2. Các phương pháp điều khiển.
Bao gồm:
- Điều khiển bằng tay
Hình 4.12: Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
51 - Điều khiển tùy động theo thời gian - Điều khiển tùy động theo hành trình - Điều khiển theo tầng
- Điều khiển theo nhịp
(Giáo trình khơng viết điều khiển tùy động theo hành trình và theo nhịp. Vì 2 phương phán này ít được sử dụng hơn so với phương pháp điều khiển theo tầng)
2.1. Điều khiển bằng tay.
Điều khiển bằng tay được ứng dụng phần lớn ở những mạch điều khiển bằng khí
nén đơn giản như gá kẹp chi tiết, khoan…
2.1.1. Điều khiển trực tiếp:
Điều khiển trực tiếp có đặc điểm là chức năng đưa tín hiệu do một phần tử đảm nhận hoặc hai phần tử riêng biệt
Ví dụ 1: mạch điều khiểntrực tiếp sử dụng một phần tử
Hình 4.14: Mach điều khiển trực tiếp sử dụng một phần tử điều khiển
52
Hình 4.15: Mạch điều khiển trực tiếp sử dụng hai phần tử
2.1.2. Điều khiển gián tiếp:
- Pittong duỗi ra và thụt về được điều khiển bằng phần tử nhớ 1.3(Hình vẽ 4.16)
53
Hình 4.17: Mạch điều khiển gián tiếp xylanh tác động 2 chiều
2.2. Điều khiển tùy động theo thời gian.
54
Hình 4.18: Điều khiển tùy động theo thời gian
Hình 4.19: Sơ đồ mạch điều khiển tùy động theo thời gian có chu kỳ tự động - Điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu một chiều (Hình 4.20)
55
Khi ấn nút ấn 1.1, vận tốc duỗi ra của xylanh 1.0 phụ thuộc vào độ mở của van tiết
lưu. Khi ngắt nút ấn, vận tốc thụt vào của xylanh sẽ tăng lên nhờ khí nén thốt theo 2 đường van tiết lưu và van một chiều.
4 2 5 1 3 60% 2 1 3
Hình 4.20: Điềukhiển vận tốc bằng van tiết lưu.
- Điều khiển vận tốc bằng van thốt khí nhanh (Hình 4.21)
Khi ấn nút ấn 1.1, vận tốc đi ra của xylanh 1.0 sẽ chậm. Khi ngắt nút ấn, vận tốc đi vào của xylanh sẽ tăng lên nhờ khí nén thốt ở van xả khí nhanh.
4 2 5 1 3 2 1 3 1 2 3
2.3. Điều khiển theo tầng:Đặc điểm: Đặc điểm:
Phương pháp thiết kế theo tầng trên hệ thống khí nén được chia thành nhiều nhóm nhỏ, tránh xảy ra các tín hiệu đối lập, tại một thời điểm nào đó chỉ có một nhóm hoạt động mà thơi. Tuần tự hoạt động của hệ thống khí nén tùy thuộc vào sơ đồ mạch thiết kế.
Các bước thiết kế mạchđiều khiển theo tầng trên mạch khí nén.
1. Bước: Vẽ sơ đồ bước dịch chuyển hoạt động theo tuần tự các piston trong các xy lanh.
2. Bước 2: Chia tầng sao cho khơng xuất hiện hai kí tự giống nhau trong cùng một tầng.
56
3. Bước 3: Vẽ sơ đồ tác động (hoạt động)tuần tự đến các van điều khiển, các cảm
biến hay cơng tắc hành trình thể hiện bằng dấu mũi tên.
4. Bước 4: Vẽ các sơ đồ dẫn động, các van điều khiển và các cơng tắc hành trình (mạch động lực)
5. Bước 5: Hoàn thành sơ đồ mạch điều khiển theo tầng cho từng tầng (mạch điều khiển).
Ví dụ 1: Hồn thành sơ đồ mạch khí nén điều khiển hoạt động hai xy lanh A,B theo tuần tự: A + B + B – A –
Bước 1: Sơ đồ hành trình bước hoạt động của hai xy lanh A và B: A : Chỉ sự hoạt động của piston A.
B : Chỉ sự hoạt động của piston B. Số 1: Chỉ vị trí piston duỗi ra.
Số 0: Chỉ vị trí piston thụt vào.
1,2,3,4: Chỉ 4 bước hoạt động của 2 piston trong 2 xy lanh A và B.
Hình 4. 22. Sơ đồ hành trình bước máy Khoan. 2. Bước 2: Chia tầng:
3. Bước 3: Sơ đồ tác động đến các van (sơ đồhành trình hoạt động tuần tự):
57 4 2 5 1 3 A+ A - 60% A1 A0 4 2 5 1 3 B+ B - 60% B1 B0 T 1 T 2 4 2 5 1 3 E1 E2 Hình 4. 23. Mạch động lực và cụm đảo tầng. Bước 5: Vẽ mạch điều khiển:
58 Cụm đảo tầng:
2 tầng:
3 tầng:
Hình 4.24: Mạch khí nén 2 tầng điều khiển 2 xylanh
59
4 tầng:
Ví dụ 2:Thiết kế mạch Khí nén hoạt động theo trình tự sau: A+ A- B+ B-
- Sơ đồ hành trình hoạt động tuần tự:
Hình 4.26: Cụm đảo tầng của 3 tầng
60
Hình 4.28. Sơ đồ khí nén 3 tầng điều khiển 2 xylanh với chu kỳ tự động lặp lại
3. Một số kí hiệu trong hệ thống khí nén.Kí hiệu các thiết bị khí nén: Kí hiệu các thiết bị khí nén:
1. Bình chứa khí nén:
2. Thiết bị xử lý khí: (Bộ bảo dưỡng)
61 4. Đồng hồ đo áp suất:
5. Thiết bị bôi trơn:
6. Van đóng ngắt:
7. Xy lanh tác động đơn phục hồi bằng lò xo:
8. Xy lanh tác độngkép có đệm giảm chấn:
9. Van đảo chiều 2/2:
2
1
62
2
1 3
11. Van đảo chiều 3/2 thường mở:
2
1 3
12. Van đảo chiều 4/2: