Hệ thống điều khiển xylan h, khínén

3.6.1 Máy nén khí

Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng. Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.

Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn.

3.6.2 Van đảo chiều

a) Cấu tạo

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.

Hình 3. 11 Van đảo chiều

b) Ký hiệu của van đảo chiều:

+ Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o, a, b, c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …

+ Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’. Đối với van có 2 vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị trí ‘không’. Van đảo chiểu 5/2:

Khi chưa có tín hiệu điện tác động vào cửa (14), thì cửa (3) bị chặn, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (4) nối với cửa (5). Khi có tín hiệu điện tác động vào cửa (14) thì nòng van sẽ dịch chuyển sang phải, cửa (2) nối với cửa (3) và cửa (1) nối với cửa (4) còn cửa (5) bị chặn. Khi tín hiệu tác động vào cửa (14) mất đi thì dưới tác động của lò xo nòng van trở về vị trí ban đầu.

Kí hiệu van đảo chiều 5/2 Van đảo chiểu 3/2:

Khi chưa có tín hiệu điện tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu điện tác động vào cửa (12), nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lò xo, nòng van trở về vị trí ban đầu.

Trong thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm đã sử dụng hệ thống van khí nén AIRTAC 4V210-08.Van khí nén AIRTAC 4V210-08 là loại van khí nén 5/2 có 5 cổng 2 vị trí, loại điều khiển bằng khí nén, thường được dùng để điều khiển xi lanh khí nén (loại tác động đảo chiều).

Các thông số của van khí nén AIRTAC 4V210-08: +Kích thước cổng: 1/4''.(ren 13mm).

+ Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa.

+ Loại van hơi 3 cửa 2 vị trí. (1 đầu kích bằng khí nén) + Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)

+ Hai đầu kích bằng khí nén (Ren 13mm) + Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC.

+ Điện áp hoạt động 187V-253V, 50/60Hz, 4.5VA

Hình 3. 12 Van khí nén AIRTAC 4V210-08 3.6.3 Xylanh khí nén

Xi lanh khí nén là một thiết bị cơ học, sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển động. Xi lanh khí nén chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động. Bởi vì khí nén có khả năng nở rộng, không có sự xuất hiện của năng lượng

đầu vào từ bên ngoài. Để thực hiện chức năng của mình, khí nén dãn nở ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, áp lực được tạo ra đẩy piston chuyển động theo hướng mong muốn. a) Cấu tạo xylanh khí nén

Xi lanh khí nén có cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau: + Thân trụ (barrel)

+ Piston

+ Trục piston (piston rod) + Lỗ cấp khí (cap-end port) + Lỗ thoát khí (rod-end port) b)Phân loại Xi lanh khí nén

Trên thị trường có rất nhiều loại xi lanh khí nén khác nhau về mẫu mã, chủng loại, xuất xứ. Những loại xi lanh khí nén dưới đây là những loại xi lanh phổ biến nhất.

-Xi lanh khí nén 1 chiều:

Xi lanh khí nén 1 chiều hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động đơn. Loại xi lanh khí nén này sử dụng khí nén để dịch chuyển piston theo một hướng chuyển động nhất định. Piston trở về vị trí ban đầu nhờ lực tác động của lò xò hoặc một lực đẩy từ bên ngoài. Khi quan sát xi lanh khí nén 1 chiều, có thể thấy chúng có 1 lỗ cấp nguồn khí nén và lỗ thoát khí nén trên thân. Thông thường, khi sử dụng xi lanh khí nén 1 chiều, người ta sử dụng van điện từ khí nén 3/2 (van điện từ 3 cửa 2 vị trí) để điều chỉnh dòng khí nén.

Xi lanh khí nén 1 chiều có 2 dạng cơ bản: + Xi lanh khí nén kiểu piston

+ Xi lanh khí nén kiểu màng. -Xilanh khí nén 2 chiều

Xi lanh khí nén 2 chiều hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động kép. Đây là loại xi lanh khí nén có cơ cấu dẫn động ở cả 2 đầu. Xi lanh khí nén 2 chiều sử dụng lực đẩy của khí nén để tác động đẩy ra và rút lại. Lực đẩy piston được sinh ra từ cả 2 phía, bởi vậy cấu tạo của xi lanh khí nén 2 chiều có 2 lỗ để cung cấp khí nén. Với loại xi lanh khí nén 2 chiều này, người ta sử dụng van điện từ loại 4/2, 5/2 hoặc 5/3 để điều chỉnh lưu lượng khí nén.

Đặc điểm nổi bật của hầu hết xi lanh khí nén 2 chiều là cần piston chỉ có ở 1 phía, vì vậy kích thước 2 đầu piston khác nhau dẫn đến lực tác dụng lên cần của piston khác nhau hoàn toàn. Trên thị trường hiện nay có 2 loại xi lanh khí nén 2 chiều:

+ Xi lanh khí nén 2 chiều không có đệm giảm chấn

+ Xi lanh khí nén 2 chiều có đệm giảm chấn, có thể điều chỉnh được hành trình

Xi lanh khí nén 2 chiều đồng bộ là loại xi lanh có cần piston ở cả 2 phía, diện tích 2 mặt bằng nhau, lực sinh ra ở 2 phía gần như hoàn toàn bằng nhau.

c)Công dụng của Xi lanh khí nén

Xi lanh khí nén là một công cụ rất hữu dụng trong cuộc sống , cụ thể như: + Xi lanh khí nén ứng dụng trong cửa thông minh

+ Xi lanh khí nén ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp

+Xi lanh khí ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như lắp ráp, chế biến, công nghiệp gỗ, chế tạo robot,...

+ Xi lanh khí nén ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng

Lựa chọn xilanh cho khí nén :

Trong thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm đã sử dụng hệ thống xi lạnh khí nén : + Xi Lanh kép TDA 10-40MCP dùng cho khâu phân loại sản phẩm

Bảng 3 5 Thông số xilanh kép TDA 10- 40 MCP

Tên sản phẩm Xi lanh khí

Mô hình TN 10x40

Loại hành động Tác động kép

Loại thanh Thanh đôi

Vật liệu Hợp kim nhôm

Lỗ khoan 10mm

Đột quỵ 40mm

Áp suất tối đa 1Mpa

3.7 Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ 3.7.1 Lựa chọn aptomat 3.7.1 Lựa chọn aptomat

a) Khái niệm

Aptomat là tên thường gọi của thiết bị đóng cắt tự động (cầu dao tự động). Trong tiếng Anh thiết bị đóng cắt là Circuit Breaker (viết tắt là CB). Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện. Một số dòng Aptomat có thêm chức năng bảo vệ chống dòng rò được gọi là aptomat chống rò hay aptomat chống giật. Aptomat được phân chia ra nhiều loại theo chức năng, hình dạng, kích thước khác nhau.

Hình 3. 15 Các loại aptomat

b) Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

-Nguyên lý hoạt động: Người ta cho 2 dây mát và lửa của dòng điện đi qua 1 cuộn cảm (cuộn dây) tên tiếng anh Là ZTC ( Zero cureent transformer) . Đây giống như 1 cái biến thế thông thường với cuộn sơ cấp 1 vòng dây( chính là 2 dây mát và lửa đi qua tâm biến thế) và cuộn thứ cấp vài chục vòng dây, biến thế này to bằng cái nhẫn cưới. Như chúng ta biết: dòng điện đi ra ở dây nóng về ở dây mát ( và ngược lại: ra mát về nóng) là ngược chiều nhau, có nghĩa là từ trường biến thiên chúng sinh ra trong cuộn dây là ngược chiều nhau, nếu 2 dòng điện này bằng nhau, 2 từ trường biến thiên sẽ triệt tiêu nhau làm điện áp ra của cuộn thứ cấp biến dòng = 0. nếu điện áp qua 2 dây bị dò, dòng điện trên 2 dây khác nhau,hai từ trường biến thiên sinh ra trong cuộn dây khác nhau làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trên cuộn dây, dòng điện này được kiểm tra xem có lớn hơn dòng rò an toàn không? Nếu lớn hơn tỉ dụ là 30 mA thì thiết bị sẽ cấp điện cho triac cấp điện cho cuộn hút của Aptomat.

c) Lựa chọn aptomat

Việc lựa chọn aptomat, chủ yếu dựa vào: dòng điện tính toán đi trong mạch; dòng điện quá tải; tính thao tác có chọn lọc.

Ngoài ra lựa chọn Aptomat còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải và Aptomat không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn ( thường xảy ra trong điều khiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ)

Yêu cầu chung là dòng điện định mức của mức bảo vệ Iap không được bé hơn dòng điện tính toán của mạch:

Iap ≥ Itt

Tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tải, người ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150% hay lớn hơn nữa so với dòng điện tính toán của mạch.

Chọn Aptomat cho động cơ băng tải có : - công suất tiêu thụ là: 2kW

-cosphi = 0,85.

-Dòng điện của động cơ: IĐC=

3. .cos

P

U  =

2000

Iap=(1,2-1,5)Itt

Ta tính được: Ict=1,4*3.3=4,62A

Do đó ta chon loại Aptomat có dòng định mức là 6A

Hình 3. 16 Aptomat LS BKN 6A 6kA 3P

Thông số kĩ thuật: Dòng điện : 6A Dòng cắt : 6kA Số cực : 3p

Điện áp ngõ vào : 3 pha Hãng sản xuất : LS BKN

3.7.2 Lựa chọn role trung gian

a) Cấu tạo của role trung gian

Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm l i thép động, l i thép tĩnh và cuộn dây. Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp, hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ. L i thép động được găng bởi lò xo c ng định vị bằng một vít điều chỉnh. Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm thuận và tiếp điểm nghịch.

Hình 3. 17 Rơ le 24vDC 8 Chân

b)Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian:

Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm thay đổi trạng thái các tiếp điểm của rơ le.

Ứng dụng: Rơle trung gian làm chức năng thực hiện các theo tác trung gian, hoặc đi đóng cắt cuộn dây khống chế của contactor, aptômat hoặc máy cắt điện.

Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật một sô loại Relay

Số cặp tiếp điểm

Thông sốcủa tiếp điểm Điện áp của cuộn dây Tải trở Tải cảm ứng DPDT (2) 5A, 220VAC 5A, 24 VDC 2A, 220VAC 2A, 24 VDC AC 100/110 AC 100/110 DC 24 DC 12 4PDT (4) 3A, 220 VAC 3A, 24 VDC 0, 8A, 220 VAC 1, 5A, 24 VDC AC 100/110 AC 220/240 DC24 DPDT (2) 5A, 220VAC 5A, 24VDC 2A, 220VAC 2A, 24VDC AC 100/110 có đèn hiển thị AC 220/240 có đèn hiển thị DC 24 có đèn hiển thị

c) Lựa chọn role trung gian Sử dụng role RJ2S-CL-D24

Hình 3. 18 Rơ le trung gian RJ2S CL D24 Bảng 3 7 Thông só Role RJ2S CL D24

Loại rơ le Role 8 chân

Điện áp 24 VDC

Dòng định mức 6A

Tiếp điểm 2NO + 2NC

Báo hiệu kiểm tra Có đèn báo và chốt kiểm tra

3.7.3 Lựa chon contactor

Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, khi sử dụng contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp định mức lên đến 500V, dòng định mức 780A.

Hình 3. 19 Contactor – Khởi động từ

a)Cấu tạo

Hình 3. 20 cấu tạo contactor

-Cấu tạo contactor:

Contactor bao gồm 3 bộ phận chính:

- Nam châm điện: gồm có các chi tiết: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm; Lõi sắt; Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.

-Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.

+Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua. Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện làm mạch từ hút lại.

+Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường mở.

Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm này mở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường mở.

Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor.

b) Nguyên lí hoạt động

Khi cấp nguồn trong mạch điện điều khiển bằng với giá trị điện áp định mức của

Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn trên phần lõi từ đã được cố định trước đó thì lực từ sinh ra sẽ hút phần lõi từ di động và hình thành mạch từ kín (lúc này lực từ sẽ lớn hơn phản lực của lò xo). Contactor bắt đầu trạng thái hoạt động.

Nhờ bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ làm cho tiếp điểm chính đóng lại và tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (khi thường đóng sẽ mở ra và khi thường hở sẽ đóng lại), trạng thái này sẽ được duy trì. Khi nguồn điện ngưng cấp cho cuộn dây thì contactor ở trạng thái nghỉ và các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu. c) Phân loại contactor

Có nhiều cách phân loại contactor:

- Theo nguyên lý truyền động: Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực,… Thường thì ta gặp contactor kiểu điện từ.

- Theo dạng dòng điện: Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều.

- Theo kết cấu: Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao (như bảng điện ở gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (ví dụ buồng tàu điện).

- Theo dòng điện định mức: Contactor 9A, 12A, 18A,.... 800A hoặc lớn hơn.

- Theo cấp điện áp: Contactor trung thế, contactor hạ thế.

- Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220VAC, 380VAC,... cuộn hút 1 chiều 24VDC, 48VDC,...

- Theo chức năng chuyên dụng: Một số hãng chế tạo contactor chuyên dụng cho một ứng dụng đặc thù ví dụ contactor chuyên dùng cho tụ bù của hãng Schneider,...

d) Lựa chọn contactor

Để lựa chọn contactor phù hợp cho động cơ ta phải dựa vào những thông số cơ bản như : Uđm, P , Cosphi

Iđm = Itt x 2 Iccb = Iđm x 2

Ict = ( 1,2 – 1,5 ) Iđm

Lựa chọn contactor với tải động cơ băng tải 3P, 380V, 2KW: Tính toán dòng định mức theo công thức như sau:

Iđm = P / ( 1.73 x 380 x 0.85 ) ở đây hệ số cosphi là 0.85. Ta tính được: Iđm = 2000 / ( 1.73 x 380 x 0.85 ) = 3.41A Ict = ( 1,2 -1,4 ) Iđm.

Ta tính được: Ict = 1,4 x 3.41 = 4.75 A

Nên chọn Contactor có dòng lớn hơn dòng tính toán. Chọn loại có dòng 6A

Bảng 3 8 Thông số kĩ thuật Contartor LD 3P 6A Mã sản phẩm: MC-6a Số cực: 3 Dòng định mức: 6A Công suất: 2.5kW Tiếp điểm phụ: 1a Cuộn hút: 220V, 380V,... Kích thước:

Điện áp hoạt động: 690VAC Điện áp thử nghiệm xung

(Uimp): 6kV

Độ bền cơ học: 2.5 triệu lần đóng cắt Tiêu chuẩn: IEC 60947

3.7.4 Lựa chọn role nhiệt

Rơ le nhiệt là khí cụ điện có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm khi có nhiệt tác động lên các thanh kim loại và làm chúng giãn nở. Khí cụ điện này được ứng dụng trong đa dạng các hệ thống điện khác nhau từ dân dụng đến công nghiệp. Trong hệ thống điện, rơ le nhiệt đóng vai trò bảo vệ quá tải cho các thiết bị điện và hệ thống điện được hoạt động ổn định. Khởi động từ và rơ le nhiệt là một bộ đôi thiết bị bảo vệ chắc chắn cho toàn bộ