2.5 .Van điều chỉnh thời gian
2.6. Cảm biến bằng tia
Cảm biến bằng tia thuộc loại cảm biến không tiếp xúc, tức là q trình cảm biến khơng có sự tiếp xúc trực tiếp giữa bộ phận cảm biến và chi tiết. Nguyên tắc hoạt động chung của cảm biến bằng tia là dịng khí nén.
Cảm biến bằng tia đƣợc ứng dụng ở những điều kiện ma cảm biến không tiếp xúc bằng điện không thể thực hiện đƣợc nhƣ: điều khiển nóng, ảnh hƣởng của nƣớc, ảnh hƣởng điện trƣờng… A R P X t1 X A t1 X A A R P X
Hình 4.24: Rơ le thời gian ngắt chậm chậm
54
2.6.1. Cảm biến bằng tia rẽ nhánh
a. Nguyên lý hoạt động
Dịng khí nén sẽ đƣợc phát ra ở cửa P (áp suất của nguồn), nếu khơng có vật cản thì dịng khí nén sẽ đi thẳng, nếu có vật cản thì dịng khí nén sẽ rẽ nhánh qua cửa X (áp suất rẽ nhánh). (Hình 4.25)
b. Ký hiệu cảm biến rẽ nhánh
Áp suất nguồn P, áp suất rẽ nhánh X, khoảng cách với vật chắn S + Nếu khơng có vật chắn thì dịng khí nén đi thẳng (X = 0)
+ Nếu có vật chắn thì dịng khí nén rẽ nhánh (X = 1)
2.6.2. Cảm biến bằng tia phản hồi
a. Nguyên lý hoạt động
khi dịng khí nén P đi qua khơng có cản, tín hiệu phản hồi X = 0; khi có vật cản, tìn hiệu X = 1;
Đặc điểm của cảm biến bằng tia phản hồi là khi vật cản dịch chuyển theo hƣớng dọc trục của cảm biến với khoảng cách là a hoặc là theo hƣớng vng góc với trục, khoảng cách là s thì tín hiệu điều khiển vẫn nhận giá trị X = 1.
A
P X
Hình 4.25: Cảm biến bằng tia rẽ nhánh
55 b. Ký hiệu
2.6.3. Cảm biến bằng tia qua khe hở.
a. Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến bằng tia qua khe hở gồm 2 bộ phận: bộ phận phát và bộ phận nhận. Thông thƣờng bộ phận phát và nhận có cùng áp suất p khoảng 150mbar. Nhƣng trong một so ứng dụng áp suất của bộ phận phát cơ thể là 4bar và áp suất của bộ phận nhận đến 0.5bar. trục của cơ cấu phát và cơ cấu nhận phải đƣợc lắp đồng tâm.
+ Khi chƣa có vật cản X = 0 + Khi có vật cản X = 1 b. Ký hiệu 3. Các phần tử điện, điện- khí nén 3.1. Các phần tử điện 3.1.1. Công tắc
Trong kỹ thuật điều khiển, công tắc, nút ấn thuộc phần tử đƣa tín hiệu. Có hai loại cơng tắc thơng dụng: cơng tắc đóng – mở và cơng tắc chuyển mạch quay
A P
56
3.1.2. Nút ấn
- Nút ấn đóng- mở: Khi chƣa tác động thì chƣa có dịng điện chạy qua (mở), khi tác động thì dịng điện sẽ đi qua
- Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạch
Một số hình ảnh nút ấn
Cơng tắc chuyển mạch Cơng tắc đóng mở
Hình 4.27: Cơng tắc và ký hiệu của cơng tắc
Hình 4.28: Cấu tạo và ký hiệu nút ấn Nút ấn đóng – mở
Nút ấn chuyển mạch
57
3.1.3. Rơle
Trong kỹ thuật điều khiển, rơle đƣợc sử dụng nhƣ phần tử xử lý tín hiệu. Có nhiều loại rơle khác nhau tùy vào công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ trƣờng của cuộn dây, trong quá trình đóng mở sẽ có hiện tƣợng tự cảm
a. Rơle đóng mạch
- Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trƣờng sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điể. Các tiếp điểm đó có thể là tiếp điểm chính để đóng , mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều khiển.
- Ký hiệu
b. Rơle điều khiển
- Nguyên lý hoạt động: tƣơng tự nhƣ rơle đóng mạch nhƣng khác rơle đóng mạch ở chỗ chỉ dùng cho mạch điều khiển có cơng suất nhỏ và thời gian đóng mở các tiếp điểm rất nhỏ (từ 1ms đến 10ms)
- Cấu tạo và ký hệu
c. Rơle thời gian đóng chậm
- Nguyên lý làm việc: Tƣơng tự nhƣ rơle thời gian tác động chậm của phần tử khí nén. Gồm các phần tử: điot tƣơng tự van 1 chiều, tụ điện nhƣ bình chứa, điện trở R nhƣ van tiết lƣu. Ngồi ra tụ điện cịn có nhiệm vụ giảm điện áp quát tải trong quá trình ngắt.
- Cấu tạo và ký hiệu
Hình 4.29: Rơ le đóng mạch
Hình 4.30: Cấu tạo và ký hiệu rơle điều khiển
58 c. Rơle thời gian ngắt chậm
- Nguyên lý làm việc: tƣơng tự nhƣ rơle thời gian ngắt chậm của phần tử khí nén. Gồm các phần tử: điot nhƣ van đảo chiều, tụ điện nhƣ bình chứa, điện trở R1 nhƣ van tiết lƣu. Ngồi ra tụ điện cịn có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt.
- Cấu tạo và ký hiệu
d. Cơng tắc hành trình
- Nguyên tắc hoạt động: Khi con lăn chạm vào cữ chặn thì tiếp điểm 1 nối với tiếp điểm 4. Cần phân biệt các trƣờng hợp cơng tắc hành trình thƣờng đóng và cơng tắc hành trình thƣờng mở.
- Cấu tạo và ký hiệu của cơng tắc hành trình
Hình 4.32: Cấu tạo và ký hiệu của rơle ngắt chậm
Hình 4.33: Cấu tạo và ký hiệu cơng tắc hành trình
2 4 1 Thƣờng đóng 2 4 1 Thƣờng mở
59
Một số hình ảnh của rơle và cơng tắc hành trình
3.1.4.Cảm biến
a. Cảm biến cảm ứng từ:
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến cảm ứng từ đƣợc mơ tả ở hình 4.34. Bộ tạo dao động phát tần số cao. Khi có vật cản kim loại nằm trong vùng đƣờng sức của từ trƣờng, trong kim loại đó sẽ hình thành điện trƣờng xốy. Vật cản càng gần cuộn cảm ứng thì dịng điện xốy trong vật cản càng tăng, năng lƣợng bộ dao động giảm dẫn đến biên độ của bộ dao động sẽ giảm. Qua bộ so, tín hiệu ra đƣợc khuếch đại. Trong trƣờng hợp tín hiệu ra là tín hiệu nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhận nhiệm vụ này.
Ví dụ: ứng dụng cảm biến cảm ứng từ để xác định vị trí hành trình của piston khí nén –
thủy lực; hay phát hiện ấm kim loại đƣợc mang đi nhờ băng tải dịch chuyển
Rơ le thời gian Rơle trung gian
60 b. Cảm biến điện dung:
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung. Bộ tạo dao động sẽ phát tần số cao. Khi có vật cản kim loại hoặc phi kim loại nằm trong vùng đƣờng sức của điện trƣờng, điện dung của tụ điện thay đổi. Nhƣ vậy tần số riêng của bộ dao động thay đổi. Qua bộ so và chỉnh tín hiệu, tín hiệu ra đƣợc khuếch đại. Trƣờng hợp tín hiệu ra là tín hiệu nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhận cơng việc này.
Ví dụ: ứng dụng cảm biến điện dung để phát hiện đế giày cao su màu đen nằm trên
băng tải di chuyển; hay kiểm tra số lƣợng sản phẩm đƣợc đóng gói vào thùng giấy cát tông bằng cách phát hiện vật thể qua lớp vật liệu giấy.
.
1. Bộ dao động 6. Điện áp ngồi
2. Bộ chỉnh tín hiệu 7. Ổn nguồn bên ngoài 3. Bộ so Schmitt trigơ 8. Cuộn cảm ứng 4. Bộ hiển thị trạng thái 9. Tín hiệu ra 5.Bộ khuêch đại
Hình 4.33: Nguyên lý hoạt động và ký hiệu của cảm biến cảm ứng từ
Hình 4.34: Xác định vị trí đầu trục
61 c. Cảm biến quang
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang, gồm 2 bộ phận: - Bộ phận phát tia hồng ngoại;
- Bộ phận thu tia hồng ngoại.
Bộ phận phát sẽ phát ra tia hồng ngoại bằng điơt phát quang và khi gặp vật cản thì tia hồng ngoại đƣợc phản xạ lại vào đầu thu. Ở tại bộ phận đầu thu, tia hồng ngoại đƣợc phản hồi sẽ đƣợc xử lý, khuếch đại trƣớc khi cho tín hiệu ra.
1. Bộ dao động 6. Điện áp ngoài
2. Bộ chỉnh tín hiệu 7. Ổn nguồn bên ngoài 3. Bộ so Schmitt trigơ 8. Điện cực tụ điện 4. Bộ hiển thị trạng thái 9. Tín hiệu ra 5.Bộ khch đại
Hình 4.34: Nguyên lý làm việc và ký hiệu của cảm biến điện dung
62 Ví dụ: ứng dụng cảm biến quang để đếm số lƣợng tấm plastic trên băng tải di chuyển; hay phân loại các chai có hay khơng có nắp bít kín miệng chai.
Một số hình ảnh của cảm biến
Hình 4.36: Đếm sản phẩm Hình 4.37: Phân loại chai có nắp hay khơng có lắp
Cảm biến thu- phát
Cảm biến tiệm cận
63
3.2. Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện
a. Ký hiệu
Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện kết hợp với khí nén có thể điều khiển trực tiếp ở 2 đầu của nòng van hoặc là gián tiếp qua van phụ trợ.
b. Điều khiển trực
tiếp
Hình 4.38: Ký hiệu các loại điều van điều khiển
A
P
Hình 4.39: Van 2/2 đảo chiều trực tiếp bằng nam châm điện
Hình 4.40: Van 3/2 đảo chiều trực tiếp bằng nam châm điện A
64 c. Điều khiển gián tiếp
Bài luyện tập:
Bài 1: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển tùy động
theo hành trình với biểu đồ trạng thái sau (Hình 1)
Bài 2: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển tùy động theo
hành trình với biểu đồ trạng thái sau (Hình 2)
Hình3.37: Van 3/2 đảo chiều gián bằng nam châm điện A
P R
Hình 4.41: Van 5/2 đảo chiều gián tiếp bằng nam châm điện B
P R S
A
Hình 1: Biểu đồ trạng thái của 3 xylanh
+ - + - Xylanh B Xylanh A 1 2 3 4 5 Bƣớc thực hiện 6 7 + - Xylanh C Nút khởi động
65
Bài 3 : Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển tùy động theo
hành trình với biểu đồ trạng thái sau (Hình 3)
Bài tập 4: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển tầng
của thiết bị khoan với biểu đồ trạng thái sau:
Theo biểu đồ trạng thái ta chia làm hai tầng điều khiển: Tầng I: A + và B + Tầng II: B - và A – Xylanh B Xylanh A 1 2 3 4 5 Bƣớc thực hiện
Hình 6.34: Biểu đồ trạng thái của 2 xylanh
+ - +
-
Hình 2: Biểu đồ trạng thái của 3 xylanh
+ - + - Xylanh B Xylanh A 1 2 3 4 5 Bƣớc thực hiện 6 7 + - Xylanh C Nút khởi động
Hình 3: Biểu đồ trạng thái của 3 xylanh
+ - + - Xylanh B Xylanh A 1 2 3 4 5 Bƣớc thực hiện 6 7 + - Xylanh C Nút khởi động
66 Điều kiện chia tầng là chữ cái không đƣợc xuất hiện nhiều lần trong tầng (ví dụ B + và B – không đƣợc phép trong cùng 1 tầng).
Bài tập 5: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển tầng của máy
với quy trình cơng nghệ sau:
Chi tiết từ thùng chứa sẽ đƣợc xylanh A đẩy vào và kẹp lại ở vị trí gia cơng. Sau khi kẹp xong, xylanh B sẽ đi xuống để dập chi tiết. Sau khi xylanh B lùi về thì xylanh A sẽ lùi về (chi tiết đƣợc tháo ra). Sau đó xylanh C sẽ đẩy chi tiết xuống thùng chứa.
Biểu đồ trạng thái
67 Hình 6.37: Biểu đồ trạng thái của 2 xylanh
+ - + - Xylanh B Xylanh A 1 2 3 4 5 Bƣớc thực hiện 6 7 + - Xylanh C Nút khởi động Hình 6.38: Cách chia tầng
Cơng tắc hành trình S2, S3 và S1 sẽ đƣợc biểu diễn phía trên đƣờng biểu diễn các tầng, bởi vì khơng có sự thay đổi của tầng. Các công tắc hành trình đó sẽ điều khiển trực tiếp vị trí của van đảo chiều trong bƣớc thực hiện
Cơng tắc hành trình S4 ,S6 và S5 sẽ đƣợc biểu diễn phía dƣới đƣờng biểu diễn các tầng, bởi vì có sự thay đổi của tầng. Các c ơng tắc hành trình đó sẽ điều khiển trực tiếp vị trí thay đổi của tầng
A + S2 B + S4 B - A - S3 S1 I II C + S6 C - S5 S5 Nút khởi động + III
68
4. Tài liệu cần tham khảo:
[1]- Lê Cơng Thành, Giáo trình Vẽ điện, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.
HCM 2000.
[1] Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Kỹ thuật nhiệt, NXB Giáo dục
[2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Thơng gió và điều hịa khơng khí, NXB Khoa học và Kỹ thuật.