Trong kỹ thuật điều khiển theo nhịp thì tín hiệu sẽ được thực hiện trong nhịp đĩ, khi nhịp kế tiếp được thực hiện thì nhịp trước đĩ phải được xĩa và đồng thời nhịp muốn nhịp kế tiếp đĩ được thực hiện thì phải cĩ tín hiệu thơng báo của nhịp trước đĩ.
Nhịp “0” được thực hiện nhờ tín hiệu Y0 tác động, đồng thời thơng báo cho nhịp “1” chuẩn bị bởi tín hiệu Y1 và đồng thời xĩa tín hiệu ở nhịp “0” trước đĩ bằng tín hiệu Z0.
Chúng ta cĩ thể tĩm tắt nguyên lý hoạt động của điều khiển theo nhịp như sau: - Tín hiệu Yi tác động đến cơ cấu chấp hành.
- Tín hiệu Yi+1 cho nhịp tiếp theo chuẩn bị thực hiện. - Tín hiệu Zi xĩa nhịp vừa thực hiện trước.
Thu65c hiện nhịp hiện hành
Xĩa nhịp trước đĩ Chuân bị cho nhịp tiêp theo
Tín hiệu SET
Tín hiệu chuân bị
cho nhịp trước đĩ Tín hiệu hiện hành
Tín hiệu xĩa (CLEAR)
Hình 4.23 Nguyên lý hoạt động của điều khiển theo nhịp
Hiện tại, trong các hệ thống điều khiển tự động bằng khí nén, người ta sử dụng ba loại Modul cấu trúc cho điều khiển theo nhịp. Đĩ là loại TAA, loại TAB, loại TAC.
Loại TAA
- Cấu tạo gồm:
+ Van đảo chiều 3/2, khơng duy trì. + Van đảo chiều 3/2, cĩ duy trì. + Van logic OR.
X : tín hiệu vào
A : tín hiệu ra để đến cơ cấu chấp hành
P : nguồn áp suất cung cấp Y : “Reset” của Flip-Flop, áp suất từ P đến A
Z : “CLEAR” của Flip Flop, áp suất thốt về từ A
L : chỉnh lại theo vị trí ban đầu
- Loại này thực hiện các nhiệm vụ Hình 4.24 Cấu trúc TAA sau:
+ Đĩng mạch bằng tín hiệu vào X để cĩ tín hiệu ra A. + Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo.
Loại TAB
Cấu trúc modul TAB cũng tương tự như cấu trúc của TAA nhưng cĩ điểm khác nhau là: phần tử OR đứng trước và tác động vào phía bên trái của nhịp cuối cùng để chuẩn bị tín hiệu cho nhịp đầu tiên.
Loại TAC
Loại này khơng cĩ phần tử nhớ (van đảo chiều) và phần tử OR. Như vậy loại này cĩ chức năng là: trong nhịp điều khiển tiếp theo, tín hiệu ở cổng X của nhịp trước đĩ vẫn cịn giá trị L thì đèn tín hiệu vẫn vần sáng ở nhịp tiếp theo.
Chuỗi điều khiển theo nhịp với 4 khối gồm: 3 khối TAA và 1 khối TAB
Hình 4.25 Cấu trúc TAB L P Zn+1 Yn+1 Yn P Zn L X A Hình 4.26 Cấu trúc TAC L A1 A2 A3 A4 Yn+1 P Zn+1 X1 X2 X3 X4 Yn P Zn L
Sơ đồ trình bày mạch logic của chuỗi điều khiển nhịp theo DIN 40 7000
Tuy nhiên để đơn giản trong việc thiết kế, chuỗi điều khiển theo nhịp được biểu diễn như sau:
Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển theo nhịp
Qua những phần vừa trình bày ở trên, chúng ta cĩ thể tĩm tắt cách thực hiện một sơ đồ điều khiển theo phương pháp điều khiển theo nhịp qua ví dụ như sau:
Ví dụ:
Ta lấy lại ví dụ cho các phương pháp học trước:
Ta lập bảng sau:
Nhịp thực hiện 1 2 3 4
Xi-lanh A+ B+ B- A-
Tín hiệu điều khiển Y1 Y3 Y4 Y2
Nhận tín hiệu S2 S4 S3 S1 + Start
Tín hiệu vào X1 X2 X3 X4
Tín hhiệu ra A1 A2 A3 A4
Hình 4.29 Chuỗi điều khiển theo nhịp được biểu diễn đơn giản Hình 4.28 Sơ đồ mạch logic của chuỗi điều khiển nhịp theo DIN 40 7000
Hình 4.30 Hệ thống cơng nghệ A B S2 S4 S3 Hình 4.31 Sơ đồ hành trình bước S1
Ta nối các đường tín hiệu ra từ block điều khiển lần lượt đến các đường điều khiển của các van đảo chiều 5/2 cĩ duy trì ứng với mỗi xi-lanh như sau:
- Cổng ra A1 sẽ nối với đường điều khiển 14 của van đảo chiều 1.1 (Y1), cổng ra A2 sẽ nối với đường điều khiển 14 của van đảo chiều 2.1 (Y3)…
- Cổng vào X1 sẽ nối với đường ra của cơng tắc hành trình S2, cổng vào X2 sẽ nối với đường ra của cơng tắc hành trình S4…
- Đường vận hành Yn+1 được nối với đường vận hành Yn thơng qua van logic AND.
BÀI TẬP ỨNG DỤNG
Bài tập 1
Những chi tiết cần chuyển sang một dây chuyền khác bằng cách nhấn một nút nhấn là xi-lanh 1.0 đi ra và khi thả nút nhấn thì xi-lanh tự động quay trở về.
Hình 4.32 Mạch điều khiển khí nén
Bài tập 2
Các kiện hàng được di chuyển bởi băng tải và hệ thống điều khiển như sau:
Nhấn một nút nhấn, xi-lanh tác động một chiều 1.0 đi vào nhanh để nhận kiện hàng và sau khi kiện hàng được di chuyển đi nơi khác, thả nút nhấn, xi-lanh 1.0 đi trở ra. Thời gian di chuyển đi ra của xi-lanh là 0,9 giây. Trước và sau van tiết lưu một chiều cĩ gắn các áp kế.
Bài tập 3
Để uốn một tấm thép phẳng 5 x 40 thành hình L bằng cách:
Nhấn đồng thời hai nút nhấn, xi-lanh 1.0 mang đầu dập di chuyển nhanh đi ra để dập chi tiết theo hình dạng theo yêu cầu.
Chỉ cần thả một nút nhấn, xi- lanh 1.0 sẽ di chuyển vào chậm.
Bài tập 4
Chi tiết cần di chuyển qua một dây chuyền khác bằng cách:
Nhấn một nút nhấn, xi-lanh 1.0 đi ra để đẩy chi tiết, cuối hành trình tự quay về. Trong sơ đồ người ta cịn yêu cầu thiết kế thêm một nút tự động để cĩ thể điều khiển từng chiếc hoặc điều khiển tự động.
Bài tập 5
Các chi tiết dạng trụ sau khi gia cơng xong ở dây chuyền khác cần phải được kiểm tra kích thước… được điều khiển bởi hệ thống:
Nhấn một nút nhấn, xi-lanh 1.0 đi ra đến cuối hành trình với thời gian t1 = 0,6 giây đề đẩy chi tiết vào bộ phận kiểm tra. Tại điểm cuối hành trình, xi-lanh dừng lại với khoảng thời gian t2 = 1 giây. Sau đĩ, xi-lanh 1.0 tự động quay trở về với thời gian t3 = 0,4 giây.
Hình 4.35 Hệ thống cơng nghệ
Hình 4.36 Hệ thống cơng nghệ
Hình 4.37 Hệ thống cơng nghệ Hình 4.34 Hệ thống cơng nghệ
Chu trình được điều khiển tự động và yêu cầu khi hết phơi để kiểm thì chu trình tự dừng lại.
Bài tập 6
Một tấm nhựa cần ép hai mép lại với nhau bằng hệ thống điều khiển:
Nhấn một nút nhấn, xi-lanh tác động kép 1.0 đi ra mang đầu gia nhiệt, lực tối ta của đầu xi-lanh cho phép ở áp suất 4 bar (với áp suất này tấm nhựa khơng bị hư). Khi xi-lanh 1.0 đến cuối hành trình và đạt áp suất p = 3 bar thì xy- lanh 1.0 tự quay về, kết thúc một chu trình.
Tuy nhiên, ở đây người ta muốn thực hiện chu trình tự động. Nghĩa là sau khi thực hiện một chu trình, xi-lanh 1.0 chờ một khoảng thời gian t = 2 giây, tự động tiếp tục chu trình.
Như vậy trong sơ đồ sẽ cĩ hai nút nhấn: từng chiếc và tự động.
Bài tập 7
Một hỗn hợp chất lỏng được trộn với nhau bằng hệ thống điều khiển sau:
Nhấn một nút nhấn, xi-lanh tác động một phía 1.0 từ ngồi mang thùng chứa chất lỏng sẽ đi vào bên trong (đến cuối hành trình). Ở cuối hành trình, xi- lanh tự động đi ra và khi đi ra khoảng ½ hành trình tác động vào một cơng tắc hành trình thì lại tự động quay trở vào và cứ như thế trong một khoảng thời gian là 5 giây xi-lanh 1.0 sẽ đi hồn tồn ra ngồi để hồn tất một chu trình trộn.
Áp suất làm việc được chỉnh đến 4 bar.
Bài tập 8
Một hệ thống ép rác sinh hoạt được điều khiển như sau:
Hệ thống gồm hai xi-lanh. Nhấn một nút nhấn, xi-lanh tác động một phía 1.0 đi ra Đến cuối hành trình xi-lanh 1.0 thì xi- lanh tác động hai phía 2.0 đi ra để ép, lực ép tối đa cho phép là F = 2200 N. Đến cuối hành trình xi-lanh 2.0 thì cả hai xi-lanh 1.0 và 2.0 quay trở về để hồn tất một chu trình. Trường hợp khi xi-lanh 2.0 đang thực hiện đi ra mà áp suất vượt quá áp suất cho phép (đã chỉnh trước) thì cả hai xi-lanh 1.0 và 2.0 phải đồng thời lập tức quay trở về ngay.
Hình 4.38 Hệ thống cơng nghệ
Hình 4.39 Hệ thống cơng nghệ
Bài tập 9
Một chi tiết cần khoan một lỗ khoan và được điều khiển bởi hệ thống điều khiển sau:
Các xi-lanh được đặt trong một giá đỡ. Nhấn một nút nhấn, xi-lanh tác động một phía 1.0 đi ra đẩy chi tiết vào vị trí gia cơng đồng thời cũng kẹp chặt chi tiết. Sau đĩ, xi-lanh tác động hai phía 2.0 được gắn với bầu khoan đi ra chậm để thực hiện cơng việc chuyển động chạy dao. Cuối hành trình, xi-lanh 2.0 tự quay trở về nhanh. Sau đĩ, xi-lanh 1.0 quay về để tháo kẹp. Cuối cùng, xi-lanh 3.0 sẽ đi ra đẩy chi tiết vừa thực hiện xong vào thùng đặt kế bên, cuối hành trình tự quay về. Hồn tất một chu trình.
Bài tập 10
Tấm thép X được uốn các gĩc 900 bằng hệ thống điều khiển sau:
Tấm thép được đưa vào bằng tay, sau khi nhấn nút Start, xi-lanh tác động một phía A đi ra kẹp tấm thép, cuối hành trình, xi-lanh B đi ra uốn chi tiết gĩc 900 và lập tức quay trở về, xi-lanh C đi ra uốn tiếp để hồn tất, cuối cùng lần lượt xi-lanh C và A quay trở về, chi tiết được lấy ra bằng tay. Tiếp tục chu trình khác.
Bài tập 11
Chi tiết cần được khoan hai lỗ như nhau, được điều khiển bởi hệ thống như sau:
Chi tiết được đựng trong giá đỡ. Sau khi nhấn nút Start, xi-lanh tác động hai phía 1.0 đi ra đẩy chi tiết vào vị trí gia cơng, đồng thời chi tiết cũng được kẹp chặt. Xi-lanh 2.0 được gắn ở đầu khoan đi ra thực hiện chuyển động chạy dao. Cuối hành trình, xi-lanh 2.0 tự quay trở về. Sau đĩ, xi-lanh 3.0 đi ra để di chuyển chi tiết sang vị trí thứ hai. Xi- lanh 3.0 tự quay về để trở về vị trí khoan lỗ thứ nhất. Cuối hành trình của xi-lanh 3.0, xi-lanh 1.0 đi vào để tháo kẹp – hồn tất một chu trình. Hình 4.41 Hệ thống cơng nghệ Hình 4.42 Hệ thống cơng nghệ Hình 4.43 Hệ thống cơng nghệ Xi-lanh 2.0 Xi- lanh 1.0 Xi-lanh 3.0
Bài tập 12
Một chi tiết cần khoan bốn lỗ giống nhau, được điều khiển bởi hệ thống sau:
Chi tiết được đặt vào bằng tay. Nhấn nút Start, xi-lanh A mang đầu khoan sẽ đi ra, thực hiện chuyển động khoan lỗ thứ nhất. Cuối hành trình, xi-lanh A mang đầu khoan đi về.
Xi-lanh B đi vào để di chuyển chi tiết đế vị trí khoan lỗ thứ hai. Sau đĩ, xi-lanh A thực hiện việc khoan lỗ thứ hai và mang đầu khoan về.
Xi-lanh C đi vào để di chuyển chi tiết đế vị trí khoan lỗ thứ ba. Sau đĩ, xi-lanh A thực hiện việc khoan lỗ thứ ba và mang đầu khoan về.
Xi-lanh B đi ra để di chuyển chi tiết đến vị trí khoan lỗ thứ tư. Sau đĩ, xi-lanh A thực hiện việc khoan lỗ thứ tư và mang đầu khoan về.
Cuối cùng, xi-lanh C trở về vị trí ban đầu – hồn tất một chu trình.
Phần II ĐIỆN KHÍ NÉN
Chương 5 LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỤC TIÊU
- Phân biệt được sự khác nhau giữa điều khiển và điều chỉnh. - Vẽ được ký hiệu của các phần tử mạch logic.
- Viết được bảng chân lý của các phần tử mạch logic. - Áp dụng đại số Boole để đơn giản bài tốn điều khiển.
Thiết bị điều khiển
Đối tượng điều khiển Dây chuyền sản xuất
X E X E
X A X E
Tín hiệu điều khiển
Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển
Tín hiệu nhiễu Z
NỘI DUNG 1 Khái niệm quá trình điều khiển
1.1 Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm: thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển.
- Phần tử đưa tín hiệu vào: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như là đại lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: nút nhấn, cơng tắc, cảm biến, cơng tắc hành trình…
- Phần tử xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu đầu vào theo một quy tắc xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van OR, rờ-le…
- Phần tử điều khiển: điều khiển dịng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu…
- Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển. Ví dụ: xi-lanh…
1.2 Các loại tín hiệu điều khiển
Tương tự Rời rạc
Tín hiệu số Tín hiệu nhị phân Tín hiệu bộ ba
1.3 Đặc trưng cho quá trình điều khiển
Đặc trưng cho quá trình điều khiển là mạch tác động hở (hệ thống điều khiển hở). Cấu trúc của hệ thống điều khiển hở khơng cĩ sự so sánh giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào. Độ sai lệch (chênh lệch) giữa giá trị thực và giá trị cần khơng được điều chỉnh hoặc xử lý.
W
Tín hiệu chủ đạo
(yêu cầu) Tín hiệu tác động Cơ cấu chấp hành
1.4 Kỹ thuật điều chỉnh
Điều chỉnh là quá trình điều khiển theo nguyên tắc cĩ phản hồi, tức là tín hiệu ra được đo lường liên tục và được so sánh với tín hiệu vào. Độ sai lệch (chênh lệch) của hai tín hiệu vào và ra được thơng báo cho tín hiệu điều khiển (bộ điều chỉnh), để bộ điều chỉnh tạo ra tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng điều khiển. Mạch thực hiện quá trình tác dụng này được gọi là “mạch điều khiển kín” (hệ thống điều khiển kín).
2 Phần tử mạch logic
STT Ký hiệu Tên gọi
1 NOT 2 AND 3 NAND 4 OR 5 NOR 6 XOR (EXC-OR) 2.1 Phần tử logic NOT
Phần tử logic NOT được minh họa như sau: khi nhấn nút S, rơ-le K cĩ điện, bĩng đèn h tắt; và ngược lại, khi thả nút nhấn S, bĩng đèn h sáng.
1. & & 1 1 =1 Hình 5.4 Hệ thống điều khiển kín 1. Chương trình 2. So sánh và khuếch đại 3. Chuyển đổi 4. Cơ cấu chấp hành 5. Cơ cấu đo lường 6. Bộ khuếch đại 1 2 3 4 5 6 h S K K 1. S h Ký hiệu Sơ đồ tín hiệu hiệu 1 S h 1 0 0 Tín hiệu vào Tín hiệu ra Bảng chân lý S h 0 1 1 0 Hình 5.6 Phần tử logic NOT
2.2 Phần tử logic AND
Phần tử logic AND được minh họa như sau: khi nhấn đồng thời nút S1 và S2, rơ-le K cĩ điện, bĩng đèn h sáng.
2.3 Phần tử logic NAND
Phần tử logic NAND được minh họa như sau: khi nhấn đồng thời nút S1 và S2, rơ-le K cĩ điện, bĩng đèn h tắt.
2.4 Phần tử logic OR
Phần tử logic OR được minh họa như sau: khi nhấn một trong hai nút S1 hoặc S2, rơ-le K cĩ điện, bĩng đèn h sáng.
2.5 Phần tử logic NOR
Phần tử logic NOR được minh họa như sau: khi nhấn một trong hai nút S1 hoặc S2, rơ- le K cĩ điện, bĩng đèn h tắt. h S1 S2 K K Ký hiệu S1 S2 & h Sơ đồ tín hiệu 1 S1 h S2 1 1 0 0 0 Bảng chân lý S1 S2 h 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Hình 5.7 Phần tử logic AND h S1 S2 K K Ký hiệu & S1 S2 h Sơ đồ tín hiệu 1 S1 h S2 1 1 0 0 0 Bảng chân lý S1 S2 h 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Hình 5.8 Phần tử logic NAND K S1 S2 K h 1 S2 S1 h Ký hiệu Sơ đồ tín hiệu 1 S1 h S2 1