Giáo trình Điều khiển khí nén - Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu

y nén khí kiểu cánh gạt bao gồm: Thân máy, mặt bích thân máy, mặt bích trục, rôto lắp trên trục. Trục và rôto lắp lệch têm so với bánh dẫn truyền động. Khi rôto quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các bánh gạt chuyển động tự do trong các rãnh ở trên rôto và các đầu cánh gạt tựa vào bánh dẫn chuyển động. Thể tích giới hạn giữa các bánh gạt sẽ bị thay đổi. Như vậy quá trình hút và nén được thực hiện. Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát. Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi các cánh tựa vào nhau. Hình 1.10: Mặt cắt của máy nén khí kiểu cánh gạt 4.2.2. Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu cánh gạt: 15 Hình 1.11: Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu cánh gạt Không khí được nén vào buồng hút, nhờ rotor và stator đặt lệch nhau, nên khi rotor quay thì không khí sẽ vào buồng nén, sau đó khí nén sẽ được đưa vào buồng đẩy. 4.2.3. Ưu- khuyết điểm: Không cồng khềnh . Không dao động do đó êm hơn máy nén khí kiểu piston. Sửa chữa dể dàng. Lưu lượng và hằng số khí không bị xung. Hiệu suất nhiệt động học kém hơn kiểu piston. Khí nén thông thường bị nhiễm dầu *Một số máy nén khí kiểu cánh gạt được sử dụng trong thực tế: Hình 1.13: Máy nén khí kiểu cánh gạt 4.3. Máy nén khí kiểu trục vít: 4.3.1. Cấu tạo máy nén kiểu trục vít 16 Máy nén khí trục vít có khoảng năm 1950 và đã chiếm một thị trường lớn trong lĩnh vực nén khí, loại máy nén khí này có vỏ đặc biệt bao bọc quanh hai trục vít, một lồi, môt lõm. Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Máy nén khí trục vít gồm hai trục: Trục chính và trục phụ. Các răng của hai trục vít ăn khớp với nhau và số răng trục vít lồi ít hơn số răng trục vít lõm từ 1 đến 2 răng, hai trục vít phải quay đồng bộ với nhau. Hình 1.14: Máy nén khí kiểu trục vít. 4.3.2. Nguyên lý hoạt động: Hai rotor có trục đặt song song ( 1 rotor có 4 răng và rotor còn lại có 6 rãnh ). Hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay được 1 vòn. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút ( thể khí khoảng trống tăng lên), quá trình nén ( thể tích khoảng trống nhỏ lại)Và cuối cùng là quá trình đẩy. 4.3.3. Ưu- khuyết điểm: Không khí sạch và không bị xung. Rất tin cậy: tuổi thọ của máy cao ( 15.103 đến 40.103 h) Nhỏ gọn. Không sinh ra dao động. Tỷ số nén bị hạn chế bởi tầng. Giá thành cao. Gây ra tiếng ồn. * Một số máy nén khí kiểu trục vít được sử dụng trong thực tế: 17 Hình 1.15: Máy nén khí kiểu trục vít lưu động 4.4. Máy nén khí kiểu Root: 4.4.1. Cấu tạo: Máy nén khí kiểu root gồm có 2 hoặc 3 cánh quạt (Pittông có dạng hình số 8). Hình 1.16: Máy nén khí kiểu root 18 4.4.2. Nguyên lý hoạt động: Các piston được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy, trong quá trình quay không tiếp xúc nhau. Như vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa 2 piston, ke hở giữa phần quay và thân máy. 4.4.3. Ưu – khuyết điểm: Khí nén tạo ra không bị xung và ít bị nhiễm dầu Ít tạo ra dao động. Có độ mòn giữa các răng và xi lanh 4.5. Máy nén khí kiểu Turbin: 4.5.1. Cấu tạo của máy nén khí kiểu ly tâm Máy nén khí ly tâm sử dụng đĩa xoay hình cánh quạt hoặc bánh đẩy để ép khí vào phầm rìa của bánh đẩy làm tăng tốc độ của khí. Bộ phận khuếch tán của máy sẽ chuyển đổi năng lượng của tốc độ thành áp suất. Máy nén khí ly tâm thường sử dụng trong ngành công nghiệp nặng và trong môi trường làm việc liên tục. Chúng thường được lắp cố định. Công suất của chúng có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn mã lực. Với hệ thống làm việc gồm nhiều máy nén khí ly tâm, chúng có thể tăng áp lực đầu ra hơn 10000 lbf/in² (69 MPa). Nhiều hệ thống làm tuyết nhân tạo sử dụng loại máy nén này. Chúng có thể sử dụng động cơ đốt trong, bộ nạp hoặc động cơ tua-bin. Máy nén khí ly tâm được sử dụng trong một động cơ tua-bin bằng gas nhỏ hoặc giống như là tầng nén khí cuối cùng của động cơ tua-bin gas cỡ trung bình. Hình 1.17: Máy nén khí kiểu Turbin. 4.5.2. Nguyên lý hoạt động: Là những máy nén khí dòng liên tục, đặc biệt có lưu lượng lớn, gồm 2 loại dọc trục và hướng tâm. Tốc độ của dòng chảy khí rất lớn, có thể tăng tốc bằng các tăng số lượng cánh Turbin. 4.5.3. Ưu – khuyết điểm: Khí nén có lưu lượng tốt. 19 Các răng trên stator di động cho phép chỉnh được lưu lượng. Tuổi thọ cao ít đòi hỏi bảo trì. Hiệu suất cao. Kết cấu phức tạp. Làm việc với tốc độ cao nên rất nhạy với ăn mòn. Khó hiệu chỉnh. 5. Bộ lọc( cụm bảo dưỡng): Hình 1.18: Cụm bảo dưỡng. 5.1.Van lọc: Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén. Có 2 nguyên lý thực hiện: Chuyển động xoáy của dòng áp suất khí nén trong van lọc. Phần tử lọc xốp làm bằng các chất như: vảy dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thiêu kết hay là vật liệu tổng hợp. Bộ chỉnh áp suất Bộ lọc Bộ bôi trơn Vách ngăng Lưới lọc Vít xả nước Bình lọc Nước Ngưng tụ 20 5.2.Van điều chỉnh áp suất: Hình 1.19: Van điều chỉnh áp suất. Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ áp suất được điều chỉnh thay đổi, mặc dù có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đường vào van. 5.3.Van tra dầu: Để giảm ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có thêm van tra dầu.( Nguyên tắc tra dầu thực hiện theo nguyên lý tra dầu Venturi) Hình 1.20: Van tra dầu. 6. Thiết bị xử lý khí nén. 6.1.Yêu cầu về khí nén: Khí nén được tạo ra từ nhưng máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể có những mức độ khác nhau. Chất bẩn gồm: bụi, độ ẩm không khí, những phần tử cặn của chất bôi trơn. Hơn nữa trong quá trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, có thể gây nên quá trình ô xy hóa một số phần tử kể trên.Như vậy khí nén bao gồm nhưng chất bẩn trên được tải đi trong những ống dẫn khí, sẽ tạo nên nhưng ăn mòn,hon rỉ trong ống dẫn và các phần tử trong hệ thống điều khiển. Do vậy khí nén được sử dụng trong kỹ thuật nhất thiết phải được xử lý, mức độ xử lý phụ thuộc vào phương pháp xử lý và phạm vi ứng dụng. 21 6.2. Phương pháp xử lý khí nén: Hình 1.21: Các giai đoạn xử lý khí nén. 6.2.1. Bình ngưng tụ- làm lạnh bằng không khí (bằng nước): Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây áp suất khí nén sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khó sẽ được ngưng tụ và tác ra. Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được trong khoảng từ 300C đến 350C. Làm lạnh bằng nước (nước làm lạnh có nhiệt độ100C) thì nhiệt độ trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là 200C. 1. Van an toàn 2. Hệ thống ống dẫn nước làm lạnh. 3. Cửa dẫn nước làm lạnh vào. 4. Cửa ra của khí nén sau khi được tách nước. 5. Thùng chứa nước ngưng tụ. 6. Cửa ra của nước sau khi ngưng tụ 7. Cửa dẫn khí nén vào để tách nước. Hình 1.22: Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước. 6.2.2. Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh: 22 Nguyên lý của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh là: khí nén đi qua bộ phận trao đổi nhiệt khí- khí. Tại đây, dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ ngưng tụ đi lên Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí- chất làm lạnh. Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dòng khí nén chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn. Nhiệt độ hóa sương ở đây là 20C. Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được ngưng tụ. Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động(4). Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1) để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 60C đến 80C trước khi đưa vào sử dụng. Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làm lạnh (5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngưng tụ(6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió. Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle nhiệt độ(7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt. 1. Bộ phận trao đổi nhiệt khí-khí. 2. Bộ phận trao đổi nhiệt khí-chất làm lạnh. 3. Bộ phận kết tủa. 4. Van thoát nước ngưng tụ tự động. 5. Máy nén của bộ phận làm lạnh. 6. Bình ngưng tụ 7. Rơ lê điều chỉnh nhiệt độ. 8. Van điều chỉnh lưu lượng chất làm lạnh. Hình 1.23: Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh. 6.2.3. Thiết bị sấy khô bằng chất hấp thụ. Sấy khô bằng chất hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay quá trình hóa học - Quá trình vật lý: Chất sấy khô hay gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong không khí ẩm. Thiết bị gồm 2 bình. Bình thứ nhất chứa chất sấy khô và thực hiện quá trình hút ẩm. Bình thứ hai tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô. 23 Chất sấy khô thường được sử dụng: silicagen SiO2, nhiệt độ điểm sương -500C, tái tạo từ 1200C đến 1800C Hình 1.24: Thiết bị sấy khô bằng chất hấp thụ. Nguyên lý hấp thụ bằng quá trình vật lý: Quá trình hóa học: Thiết bị gồm 1 bình chứa chất hấp thụ (thường dùng là NaCl). Không khí ẩm được đưa vào cửa (1) đi qua chất hấp thụ (2). Lượng hơi nước trong không khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nưosc lắng xuống đáy bình. Phần nước ngưng tụ được dẫn ra ngoài bằng van (5). Phần không khí khô sẽ theo cửa (4) vào hệ thống. Hình 1.25: Sấy khô bằng hóa chất. 24 BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN. Giới thiệu: Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng trình bày được cấu tạo, ký hiệu của các phần tử trong hệ thống khí nén-thủy lực Mục tiêu: - Biết được nhiệm vụ, hoạt động của các phần tử trong hệ thống khí nén, điện khí nén - Lắp đặt và vận hành được các phần tử trong hệ thống điện khí nén. - Lắp đặt và vận hành được các phần tử trong hệ khí nén. - Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong công việc. 1. Khái niệm: Một hệ thống điều khiển thông thường bao gồm các phần tử sau: Nguồn: đây là nguồn khí nén với áp suất làm việc ( 6- 8 bar) Phần tử đưa tín hiệu vào: nhận những giá trị của tín hiệu vào, cũng là phần tử đầu tiên của mạch như: nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến, Phần tử xử lý tín hiệu: tín hiệu vào được xử lý theo quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển như: Van tiếc lưu, van logic AND hoặc OR. Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trang thái của cơ cấu chấp hành như: Van đảo chiều, ly hợp. Cơ cấu chấp hành: làm thay đổi trang thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển như; xy lanh, động cơ. 2. Cơ cấu chấp hành: 2.1. Xy lanh: - Xy lanh tác động một phía phục hồi bằng lò xo ( xy lanh tác động đơn phục hồi bằng lò xo). 25 Hình 2.1: Cấu tạo và ký hiệu của xy lanh tác động đơn phục hồi bằng lò xo. - Xy lanh tác động 2 phía, piston có một trục. Hình 2.2: Cấu tạo và ký hiệu Xy lanh tác động 2 phía, piston có một trục. 2.2. Động cơ khí nén: Động cơ quay một chiều Động cơ quay hai chiều 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 : * Cấu tạo, ký hiệu: 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: Nút nhấn thường đóng không duy trì 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 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: Hình 2.11: 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 tác động 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 Hình 2.16: Ký hiệu công tắc hành trình tác động một chiều thường mở 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. Van này dùng để điều khiển các tín hiệu từ các vị trí khác nhau. 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: Hình 2.24: Ký hiệu van an toàn. 33 9.2. Van tràn: - Nguyên lý làm việc: Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như 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 ở đầu 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 vị trí ban đầu.(hình) Ký hiệu: Hình 2.26: Ký hiệu van điều chỉnh áp suất. 34 Hình 2.27: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 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 Hình 2.28: Cấu tạo và ký hiệu của Rơ le áp suất. 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 tạo và ký hiệu của van xả nhanh. 36 - Giới thiệu van chân không: Bộ điều tốc chân 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: Hình 2.34: Cấu tạo và ký hiệu của cảm biến hình 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 Hình 2.36: Cảm biến bằng tia qua khe hở 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: 1.1.1. 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 Hình 3.1: Ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái 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 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 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 Hình 3.3: Sơ đồ mạch khí nén của quy trình điều khiển xy lanh A. 41 1.2. Sơ đồ chức năng. 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 duỗi ra bởi lệnh NS (không nhớ) Hình 3.4: Ký hiệu các bước và các lệnh thực hiện sơ đồ chức năng Hình 3.5: Ký hiệu bước thực hiện 42 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 3.6: Ký hiệu lệnh thực hiện 43 1 .0 4 2 5 1 3 14 12 2 .0S2S1 S4S3 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 - Lưu đồ tiến trình biểu diễn phương pháp giải của một quá trình điều khiển. - Lưu đồ tiến trình không biểu diễn những thông số và phần tử 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, pittong sẽ thụt về. - Bước 3: Tại vị trí ban đầu, pittong chạm vào công tắc hành trình E1, quá trình điều khiển kết thúc. * Lưu đồ tiến trình Hình 3.13: Lưu đồ tiến trình Hình 3.12: Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển 46 2. Các phương pháp điều khiển. Bao gồm: - Điều khiển bằng tay - Điều khiển tùy động theo thời gian - Điều khiển tùy động theo hành trình - Điều khiển theo tầng - Điều khiển theo nhịp ( Giáo trình không 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 khiển trực tiếp sử dụng một phần tử Ví dụ 2: Mạch điều khiển trực tiếp sử dụng hai phần tử 47 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) Hình 3.16: Điều khiển gián tiếp 48 - Mạch điều khiển xylanh tác động 2 chiều với phần tử nhớ 1.3: 2.2. Điều khiển tùy động theo thời gian. Khi nhấn nút ấn 1.1 van đảo chiều 1.3 đổi vị trí, pittông 1.0 duỗi ra, đồng thời khí nén sẽ qua cửa X để vào phần tử thời gian 1.2. Sau khoảng thời gian” t” van 1.3 đổi vị trí xylanh 1.0 sẽ thụt về. Hình 3.18: Điều khiển tùy động theo thời gian 49 - Điều khiển tùy động theo thời gian có chu kỳ tự động (Hình 4.19). Hình 3.19: 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 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 thoát theo 2 đường van tiết lưu và van một chiều. 50 4 2 5 1 3 60% 2 1 3 Hình 3.20: Điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu. - Điều khiển vận tốc bằng van thoát 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 thoát ở van xả khí nhanh. 4 2 5 1 32 1 3 1 2 3 2.3. Điều khiển theo tầng: - 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 thôi. Tuần tự hoạt động của hệ thống khí nén tùy thuộc vào sơ đồ mạch thiết kế. Các bước thiết kế mạch điều khiển theo tầng trên mạch khí nén. 1. Bước1: Vẽ sơ đồ bước dịch chuyển hoạt động theo tuần tự các piston trong các xy lanh. 2. Bước 2: Chia tầng sao cho không xuất hiện hai kí tự giống nhau trong cùng một tầng. Hình 3.21: Điều khiển vận tốc bằng van thoát khí nhanh 51 3. Bước 3: Vẽ sơ đồ tác động( hoạt động) tuần tự đến các van điều khiển, các cảm biến hay công tắc hành trình thể hiện bằng dấu mũi tên. 4. Bước 4: Vẽ các sơ đồ dẫn động, các van điều khiển và các công 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: Hoàn 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 3.22: Sơ đồ hành trình bước máy Khoan. - Bước 2: Chia tầng: - Bước 3: Sơ đồ tác động đến các van ( sơ đồ hành trình hoạt động tuần tự): - Bước 4: Vẽ mạch động lực và cụm đảo tầng: 52 4 2 5 1 3 A+ A - 60% A1A0 4 2 5 1 3 B+ B - 60% B1B0 T 1 T 2 4 2 5 1 3 E1 E2 Hình 3.23: Mạch động lực và cụm đảo tầng. - Bước 5: Vẽ mạch điều khiển: Hình 3.24: Mạch khí nén 2 tầng điều khiển 2 xylanh Cụm đảo tầng: - 2 tầng: T 1 4 2 5 1 3 E1 E2 T 2 Hình 3.25: Cụm đảo tầng của 2 tầng 53 - 3 tầng: 4 2 5 1 3 E2 T 1 T 2 T 3 4 2 5 1 3 E1 E3 - 4 tầng: 4 2 5 1 3 E2 T 1 T 2 T 3 4 2 5 1 3 E3 T 4 4 2 5 1 3 E1 E4 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 3.26: Cụm đảo tầng của 3 tầng Hình 3.27: Cụm đảo tầng của 4 tầng 54 Hình 3.28: 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. 3.1. Kí hiệu các thiết bị khí nén: 1. Bình chứa khí nén: 2. Thiết bị xử lý khí:( Bộ bảo dưỡng) 3. Bộ lọc: 4. Đồng hồ đo áp suất: 5. Thiết bị bôi trơn 6. Van đóng ngắt: 55 2 1 7. Xy lanh tác động đơn phục hồi bằng lò xo 8. Xy lanh tác động kép có đệm giảm chấn: 9. Van đảo chiều 2/2: 2 1 3 2 1 3 4 2 1 3 10. Van đảo chiều 3/2 thường đóng: 11. Van đảo chiều 3/2 thường mở: 12. Van đảo chiều 4/2: 4 2 5 1 3 2 1 3 100% 13. Van đảo chiều 5/2: 14. Van điều chỉnh áp suất: 15. Van tiết lưu 2 chiều: 100% 16. Van tiết lưu 1 chiều: 17. Nguồn khí nén: 18. Động cơ khí nén: 19. Máy nén khí: 3.2. Kí hiệu các tín hiệu tác động: 3.2.1. Tác động do con người: 56 3.2.2. Tác động bằng cơ khí: 3.2.3. Tác động bằng khí nén: 3.2.4. Tác động bằng nam châm điện: 57 CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 3 Hãy thiết kế mạch điều khiển khí nén hoạt động lặp lại theo tuần tự sau: Bài tập 1: Xy lanh A đẩy các chi tiết dạng trụ vào một thùng kiểm tra thông qua sự dịch chuyển tới lui của piston, làm việc như sau: - Nhấn một nút nhấn piston đi ra hết hành trình khoảng 0,6s đến cuối hành trình piston dừng lại 1s. - Sau đó piston sẽ tự quay về trong thời gian 0,4s. - Chu trình sẽ tiếp tục hoạt động khi trong thùng chứa còn chi tiết, nếu không còn thì chu trình sẽ ngừng hoạt động. Bài tập 2. Thiết bị ép nóng bao bì gồm một piston A mang thanh gia nhiệt để hàn dính vật liệu bao bì làm việc như sau: Khi bậc công tắc thì piston mang thanh gia nhiệt đi xuống chậm thực hiện ép nóng cho đến khi áp suất đạt 3bar trong thời gian khoảng 3s thì tự động quay về nhanh. Xy lanh phải chờ 2s, sau đó bắt đầu chu kỳ tiếp theo. Khi nhấn nút thì mạch chỉ hoạt động một chu kỳ. Khi bậc công tắc thì thiết bị hoạt động liên tục. Bài tập 3: Băng tải. Bậc công tắc piston duỗi ra thụt vào liên tục để cho băng tải hoạt động. Mở công tắc thì piston dừng. Bài tập 4: Máy lắp ráp. Ấn nút Start, chi tiết (1) được lắp vào chi tiết (2) bằng piston A với tốc độ chậm. Sau đó chi tiết (3) được lắp vào chi tiết (1)và (2) bằng piston B với tốc độ chậm. Thì Piston A thụt vào nhanh , sau đó Piston B thụt vào nhanh. Quá trình lặp lại cho đến khi ấn lại Start, mạch hoạt động hết hành trình thì dừng. Bài tập 5: Máy lắp Khoan. Ấn nút duy trì Start, piston A duỗi ra chậm kẹp chi tiết, kẹp chặt chạm công tắc hành trình a1, a1 điều khiển piston B(điều khiển cần khoan) duỗi ra chậm khoan chi tiết, khoan xong công tắc hành trình b1 tác động, b1 điều khiển piston B thụt vào nhanh gặp công tắc hành trình b0 , b0 tác động điều khiển piston A thụt vào nhanh để lấy chi tiết ra. Quá trình lặp cho đến khi mở nút nhấn Start, thì mạch hoạt động hết chu trình thì dừng. Ấn nút Set thì Piston A,B luôn thụt vào bất kỳ ở vị trí nào. 58 Bài tập 5: Máy đóng dấu chi tiết. Các xy lanh A, B, C được bố trí trên 3 phương trong không gian, xy lanh A thực hiện việc kẹp chi tiết, xy lanh B đóng dấu, xy lanh C đẩy chi tiết ra khỏi vị trí gia công. Xy lanh A đẩy chi tiết và kẹp chi tiết. Sau khi kẹp xong thì xy lanh B đóng dấu lên chi tiết. Đóng dấu xong xy lanh B trở về vị trí ban đầu, xy lanh A mở chi tiết ra. Xy lanh C đẩy chi tiết vào thùng chứa và trở về vị trí ban đầu. Bài tập 6: Thiết bị uốn. Thiết bị gồm 3 xy lanh cùng nằm trên một mặt phẳng, xy lanh A và B được bố trí vuông góc nhau. Phôi dạng tấm được đưa vào bằng tay và được uống bởi xy lanh A và B mang 2 đầu định hình và khối định vị. Xy lanh A đi vào kẹp chi tiết lại. Xy lanh B uốn sơ chi tiết và trở về vị trí ban đầu. Xy lanh C đi và uốn hoàn chỉnh chi tiết và trở về vị trí ban đầu. Xy lanh A thụt vào tháo chi tiết ra. Bài tập 7: Máy Khoan –Doa. Sau khi ấn nút Start, chi tiết bắt đầu khoan bởi xy lanh A. Cuối hành trình xy lanh B dũi ra đẩy chi tiết sang vị trí doa, khi doa xong lổ, xy lanh C thụt vào. Kế tiếp kế tiếp piston B thụt vào để trở về vị trí của đầu khoan và cuối hành trình chi tiết được thao ra bằng tay. Bài tập 8: Thiết bị cắt. Thiết bị gồm 4 xy lanh được bố trí theo hai phương. Phôi dạng thanh được nạp tự động nhờ xy lanh A, B. Xy lanh C kẹp phôi và xy lanh D mang dao làm nhiệm vụ cắt. Xy lanh A đi xuống kẹp phôi. Xy lanh B duỗi ra đẩy cơ cấu mang xy lanh A đã kẹp phôi, đưa phôi vào vị trí cắt. Xy lanh C đi xuống kẹp phôi. 59 Xy lanh A thụt vào đồng thời xy lanh D đi xuống để cắt và tự động thụt về. Sau khi xy lanh A thụt về, xy lanh B,D thụt về trong khi xy lanh C vẫn kẹp giữ phôi. Cuối cùng xy lanh C đi về kết thúc việc kẹp phôi. 60 BÀI 4: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN DÙNG CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG, ĐIỆN CẢM Giới thiệu: Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng thiết kế mạch khí nén dùng cảm biến điện dung, điện cảm Mục tiêu: - Trình bày được nguyên lý hoạt động mạch khí nén 2 xilanh dung cảm biến điện cảm, điện dung. - Lắp đặt và vận hành mạch Điện- khí nén 2 xilanh đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong công việc 1. Khái niệm: Điều khiển điện khí nén là sự kết hợp giữa khí nén và điện, dùng điện để điều khiển khí nén. Hình 4.1: Mạch Điện khí nén. 2. Nút nhấn: Trong kỹ thuật điều khiển, công tắc, nút ấn thuộc phần tử đưa tín hiệu. Có các loại nút nhấn: 2.1. Nút ấn đóng thường mở: Khi chưa có tác động thì chưa dòng điện chạy qua, khi tác động thì có dòng điện đi qua. 61 Hình 4.2: Nút nhấn thường mở và ký hiệu. 2.2. Nút ấn đóng thường đóng: Khi chưa có tác động thì có dòng điện chạy qua, khi tác động thì không dòng điện đi qua. Hình 4.3: Nút nhấn thường đóng và ký hiệu. 2.3. Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạch: Hình 4.4: Nút nhấn chuyển mạch và ký hiệu. - Một số hình ảnh nút ấn: Nút ấn đóng- mở Nút ấn khẩn cấp 62 2.4. Công tắc( nút nhấn duy trì): - Khi tác động vào công tắc trạng thái của công tắc thay đổi, tiếp điểm (3-4) đóng lại, cho dòng điện đi qua. Khi thôi tác động thì công tắc vẫn giữ nguyên trạng thái. Tác động vào công tắc lần nữa thì trạng thái công tắc trở về ban đầu, tiếp điểm (3-4) mở ra. 3. Rơ le: 3.1. Rơ le đóng mạch ( công tắc tơ): Trong kỹ thuật điều khiển, Rơle được xem là phần tử xử lý tín hiệu.Có nhiều loại rơle khác nhau, tuỳ theo công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ trường cuộn dây. Trong quá trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm. Nguyên lý hoạt động của rơle đóng mạch được biểu diễn ở hình vẽ: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trường hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp điểm có thể là các tiếp điểm chính để đóng Công tắc chuyển mạch Hình 4.6: Công tắc và ký hiệu của công tắc Hình 4.7: Ký hiệu của cuộn dây và tiếp điểm công tắc tơ. 63 mở mạch chính và các tiếp/điểm phụ để đóng mở mạch điều khiển. Rơle đóng mạch ứng dụng cho mạch có công suất lớn từ 1 kW – 500kW.. 3.2. Rơle điều khiển ( rơle trung gian): Nguyên lý hoạt động của rơle điều khiển cũng tương tự như rơle đóng mạch, nó chỉ khác rơle đóng mạch ở chỗ là rơle điều khiển đóng mở cho mạch có công suất nhỏ và thời gian đóng, mở các tiếp điểm rất nhỏ (từ 1ms đến 10ms). 3.3. Rơle thời gian tác động muộn( Timer ON): Nguyên lý hoạt động của rơle tác động muộn tương tự như rơle thời gian tác động muộn của phần tử khí nén, điốt tương đương như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu. Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt. 3.4. Rơle thời gian nhả muộn ( Timer OFF): Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian nhả muộn tương tự như rơle thời gian nhả muộn của phần tử khí nén, điốt tương đương như van một chiều, tụ điện như bìnhtrích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu. Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ làm giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt. Hình 4.8: Rơle trung gian và ký hiệu của cuộn dây và tiếp điểm Rơle trung gian Hình 4.9: Timer ON và Ký hiệu 64 - Một số hình ảnh về rơle trung gian, rơle thời gian: 4. Van điện từ. Một cuộn dây khi bị tác động bởi 1 dòng điện thì trong cuộn dây đó sẽ sinh ra một dòng điện cảm ứng, từ trường được sinh ra trong ống dây và sẽ tạo ra một lực từ trường, từ trường này sẽ di chuyển lõi thép đặt trong cuộn dây. Trong quá trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm. Lực điện từ tác động làm cho trạng thái nòng van thay đổi dẫn đến thay đổi hướng đi của dòng năng lượng khí nén. 4.1.Van điện từ 3/2 không duy trì ( một trạng thái): Rơ le thời gian Rơle trung gian Hình 4.10: Timer OFF và Ký hiệu Hình 4.11: Một số hình ảnh của Timer và Rơ le trung gian 65 Hình 4.12: Kí hiệu và cấu tạo Van điện từ 3/2 không duy trì ( một trạng thái) - Nguyên lý hoạt động: Khi cuộn dây van điện từ( Solenoid) có điện, trạng thái của van- Cuộn dây van điện từ có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống sắt(3), kéo ống sắt từ lên, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ đi xuống đẩy nòng van (4) trượt xuống, làm cho cổng số 3 bị chặn lại bởi vòng đệm(5), lúc này lò xo (6) bị ép lại nên cổng số 1 sẽ thông với cổng số 2. Hình 4.13: Nguyên lý hoạt động Van điện từ 3/2 không duy trì ( một trạng thái) -Ứng dụng : + Tạo ra tín hiệu điện cho tín hiệu khí nén. + Điều khiển xy lanh tác động ..... phía. 66 + Điều khiển động cơ khí nén. + Điều khiển van đảo chiều. 4.2.Van điện từ 5/2 không duy trì ( một trạng thái): - Cấu tạo: Hình 4.14: Cấu tạo và kí hiệu Van điện từ 5/2 không duy trì ( một trạng thái) -Hai chấu kết nối với nguồn. - Hộp nam châm điện có chứa cuộn dây van điện từ. - Ống sắt từ. - Nòng van. -Lò xo. - Nguyên lý hoạt động: Khi cuộn dây van điện từ có điện, trạng thái của van: + Cuộn dây van điện từ có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống sắt từ (3), kéo ống sắt từ sang bên trái, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ đi xuống đẩy nòng van (4) trượt sang bên phải, ép lò xo (5) lại. + Vị trí của nòng van lúc này làm cho cổng số 1 thông với cổng số 4, dẫn khí lên, cổng số 2 thông với cổng số 3, còn cổng số 5 bị chặn. Hình 4.15: Nguyên lý hoạt động Van điện từ 5/2 không duy trì ( một trạng thái) - Ứng dụng: Điều khiển xylanh tác động kép. 4.3.Van điện từ 5/2 duy trì ( hai trạng thái): - Cấu tạo: 1 67 Hình 4.16: Ký hiệu và cấu tạo Van điện từ 5/2 duy trì ( hai trạng thái) Hai chấu kết nối với nguồn điện. Nam châm điện có chứa cuộn dây van điện từ. Ống sắt từ. Nòng van - Nguyên lý hoạt động: Khi cuộn dây van điện từ có điện, trạng thái của van: + Cuộn dây van điện từ 14 có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống sắt từ(3), kéo ống sắt từ sang bên trái, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ đi xuống đẩy nòng van (4) trượt sang bên phải. + Vị trí của nòng van lúc này làm cho cổng số 1 thông với cổng số 4, dẫn khí lên, cổng số 2 thông với cổng số 3, còn cổng số 5 bị chặn. Hình 4.17: Nguyên lý hoạt động Van điện từ 5/2 duy trì ( hai trạng thái) - Ứng dụng : + Điều khiển xy lanh tác động 2 phía. + Ưu điểm khi sử dụng xy lanh tác động đơn là cơ cấu kẹp thì nguồn điện cung cấp cho van điện từ loại này không cần phải duy trì trong suốt thời gian kẹp. 68 5. Công tác hành trình: 5.1. Công tác hành trình điện – Cơ: Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình điện - cơ được biểu diễn trong hình Hình 4.18: Công tắc hành trình điện – cơ và ký hiệu. Khi con lăn chạm cữ hành trình thì tiếp điểm 1 nối với 4. Cần phân biệt các trường hợp công tắc thường đóng và thường mở khi lắp công tắc hành trình điện - cơ trong mạch. Một số hình ảnh của công tắc hành trình. Hình 4.19: Một số hình ảnh về công tắc hành trình 5.2. Công tắc hành trình nam châm ( công tắc lưỡi gà): Công tắc hành trình nam châm thuộc loại công tắc hành trình không tiếp xúc. - Hai lò xo lá còn gọi là lưỡi gà được gắn trong một ống nhỏ. Với 2 đầu của 2 lá này xếp chồng lên nhau và gần chạm nhau. - Khi từ trường đi qua ống, lưỡi gà có 2 cực đối nghịch nhau tiếp xúc lại với nhau, công tắc lưỡi gà tác động không cần tiếp xúc vật lý. 1 4 2 69 - Công tắc lưỡi gà được điền đầy khí vào trong ống chứa để hạn chế mài mòn và bụi. Các lưỡi gà chồng lên nhau thường là dạng phẳng đển giảm điện trở tiếp xúc. Vì vậy công tác lưỡi gà có thời gian hoạt động dài khoảng 100 triệu lần làm việc. Trong hệ thống khí nén, các công tắc lưỡi gà thường được gắn trên vỏ của xy lanh có từ để làm công tắc hành trình cho việc điều khiển hệ thống khí nén. Khi piston di chuyển ngang qua công tắc lưỡi gà thì sẽ đóng tiếp điểm lại và cho dòng điện đi qua. 6. Thiết kế mạch khí nén dung cảm biến điện dung, điện cảm 6.1. Yêu cầu công nghệ: Ấn nút Start, chi tiết (1) được lắp vào chi tiết (2) bằng piston A với tốc độ chậm. Sau đó chi tiết (3) được lắp vào chi tiết (1)và (2) bằng piston B với tốc độ chậm. Thì Piston A thụt vào nhanh , sau đó Piston B thụt vào nhanh. Quá trình lặp lại cho đến khi ấn lại Start, mạch hoạt động hết hành trình thì dừng. Hình 4.20: Công tắc hành trình nam châm 70 6.2. Sơ đồ hành trình bước: Sơ đồ hành trình hoạt động: 6.3. Sơ đồ mạch điện – khí nén: 4 2 5 1 3 A+ A- 60% A0 A1 4 2 5 1 3 B+ B- 60% B0 B1 +24V 0V START K B0 K T2 K K T1 B1 A+ B+ A- B- A1 A0 1 2 3 6 8 2 3 6 6.4. Nguyên lý hoạt động: Cấp nguồn cho mạch, tấng 2 ( T2) có điện, cuộn dây van điện từ A – , B - có điện. Nhấn nút START, K có điện, tiếp điểm thường đóng K mở ra, tầng 2 mất điện và tiếp điểm thường mở K đóng lại để duy trì và cấp điện cho tầng 1. A + có điện, piston A duỗi ra, đến cuối hành trình thì cảm biến A1 tác động cấp điện cho B +, piston B duỗi ra đến cuối hành trình thì tác động vào B1 làm K mất 71 điện các tiếp điểm của K được phục hồi. Tầng 1 mất điện và tầng 2 có điện, cấp điện cho A -, piston A thụt vào, đến cuối hành trình thì cảm biến A0 tác động cấp điện cho B -, piston B thụt vào. Kết thúc một chu trình hoạt động và bắt đầu một chu trình mới cho đến khi nhấn lại Start mạch hoạt động hết chu trình thì dừng. 6.5. Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân và phòng ngừa TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC 1 Dây đấu không theo màu xanh, đỏ chạm nhau - Đấu ngắn mạch. Đấu dây không theo quy ước: đỏ nguồn (+), xanh nguồn(-) Đo kiểm, nối lại. - Đấu dây lại theo quy ước. 2 Đầu dây chồng chéo không thẩm mỹ Chọn cỡ dây không phù hợp Chọn lại cỡ dây. 3 Mạch chạy không đúng hành trình Xác định nhầm các đầu dây van điện từ. Kiểm tra xác định lại 6.6. Lắp đặt mạch trên mô hình Các bước tiến hành: Lựa chọn, kiểm tra các phần tử: - Nút nhấn: 2 cái. - Rơ le trung gian: 1 cái. - Van điện từ 5/2 : 1 cái. Cách kiểm tra nút nhấn và rơ le trung gian thực hiện như đã học ở môn thực hành trang bị điện. Cách kiểm tra van điện từ: + Dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút của van điện từ. + Cấp điện cho cuộn hút của van và cấp khí cho van để kiểm tra sự điều khiển dòng khí nén của van. Bố trí thiết bị: Các thiết bị bố trí trên bảng mạch phải đảm bảo chắc chắn, gọn đẹp đồng thời dễ đi dây và sửa chữa. Lắp đặt mạch: - Lắp mạch động lực. 72 - Lắp mạch điều khiển: + Lắp điểm dây âm trước. + Lắp từ trên xuống, từ trái sang phải. Kiểm tra mạch: Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( hoặc x 10) - Đặt 2 đầu VOM vào 2 đầu cấp nguồn của mạch, đo được điện trở A- Nhấn START, đo được điện trở K. Vận hành mạch: Cấp nguồn khí nén, điện. - Nhấn START để cho mạch hoạt động. - Nhấn SET nếu mạch gặp sự cố. - Nhấn( Mở) STAR để dùng mạch. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 4 Thiết kế mạch khí nén dung cảm biến điện dung, điện cảm hoạt động lặp lại. Hãy thiết kế mạch điều khiển điện khí nén hoạt động lặp lại theo tuần tự sau: 1. A+ B+ A- B- 2. A+ B- A- B+ 3. A+ B+ B- A- 4. A+ B- B+ A- 73 BÀI 5: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN DÙNG CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN Giới thiệu: Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng thiết kế mạch khí nén dùng cảm biến quang điện Mục tiêu: - Trình bày được nguyên lý hoạt động mạch khí nén 2 xilanh dung cảm biến quang điện. - Lắp đặt và vận hành mạch Điện- khí nén 2 xilanh đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong công việc 1. Yêu cầu công nghệ: Ấn nút duy trì Start, piston A duỗi ra chậm kẹp chi tiết, kẹp chặt chạm công tắc hành trình a1, a1 điều khiển piston B(điều khiển cần khoan) duỗi ra chậm khoan chi tiết, khoan xong công tắc hành trình b1 tác động, b1 điều khiển piston B thụt vào nhanh gặp công tắc hành trình b0 , b0 tác động điều khiển piston A thụt vào nhanh để lấy chi tiết ra. Quá trình lặp cho đến khi mở nút nhấn Start, thì mạch hoạt động hết chu trình thì dừng. Ấn nút Set thì Piston A,B luôn thụt vào bất kỳ ở vị trí nào. Hình 5.2. Máy khoan. 74 2. Sơ đồ hành trình bước: Sơ đồ hành trình hoạt động: 3. Sơ đồ mạch điện – khí nén: 4 2 5 1 3 A+ A- 60% A0 A1 4 2 5 1 3 B+ B- 60% B0 B1 +24V 0V START K A0 K T2 K K T1 B1 A+ B+ B- A- A1 B0 SET SET 1 3 6 8 2 3 6 4. Nguyên lý hoạt động: Cấp nguồn cho mạch, tấng 2 ( T2) có điện, cuộn dây van điện từ A – , B - có điện. Nhấn nút START, K có điện, tiếp điểm thường đóng K mở ra, tầng 2 mất điện và tiếp điểm thường mở K đóng lại để duy trì và cấp điện cho tầng 1. A + có điện, piston A duỗi ra, đến cuối hành trình thì cảm biến A1 tác động cấp điện cho B +, piston B duỗi ra đến cuối hành trình thì tác động vào B1 làm K mất 75 điện các tiếp điểm của K được phục hồi. Tầng 1 mất điện và tầng 2 có điện, cấp điện cho B -, piston B thụt vào, đến cuối hành trình thì cảm biến B0 tác động cấp điện cho A -, piston A thụt vào. Kết thúc một chu trình hoạt động và bắt đầu lặp lại cho đến khi nhấn lại vào nút Start, mạch hoạt động hết chu trình thì dừng. Trong quá trình hoạt động, nếu có sự cố thì ta nhấn SET thì K một bị cắt điện nên tầng 1 mất điện và tầng 2 có điện, piston A,B luôn thụt vào bất kỳ đang ở vị trí nào. 5. Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân và phòng ngừa TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC 1 Dây đấu không theo màu xanh, đỏ chạm nhau - Đấu ngắn mạch. Đấu dây không theo quy ước: đỏ nguồn (+), xanh nguồn(-) Đo kiểm, nối lại. - Đấu dây lại theo quy ước. 2 Đầu dây chồng chéo không thẩm mỹ Chọn cỡ dây không phù hợp Chọn lại cỡ dây. 3 Mạch chạy không đúng hành trình Xác định nhầm các đầu dây van điện từ. Kiểm tra xác định lại 6. Lắp đặt mạch trên mô hình Các bước tiến hành: Lựa chọn, kiểm tra các phần tử: - Nút nhấn: 2 cái. - Rơ le trung gian: 1 cái. - Van điện từ 5/2 : 1 cái. Cách kiểm tra nút nhấn và rơ le trung gian thực hiện như đã học ở môn thực hành trang bị điện. Cách kiểm tra van điện từ: + Dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút của van điện từ. + Cấp điện cho cuộn hút của van và cấp khí cho van để kiểm tra sự điều khiển dòng khí nén của van. Bố trí thiết bị: Các thiết bị bố trí trên bảng mạch phải đảm bảo chắc chắn, gọn đẹp đồng thời dễ đi dây và sửa chữa. Lắp đặt mạch: - Lắp mạch động lực. 76 - Lắp mạch điều khiển: + Lắp điểm dây âm trước. + Lắp từ trên xuống, từ trái sang phải. Kiểm tra mạch: Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( hoặc x 10) - Đặt 2 đầu VOM vào 2 đầu cấp nguồn của mạch, đo được điện trở A- , Nhấn START, đo được điện trở K. Vận hành mạch: Cấp nguồn khí nén, điện. - Nhấn START để cho mạch hoạt động. - Nhấn SET nếu mạch gặp sự cố. - Nhấn( Mở) STAR để dùng mạch. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 6. Thiết kế mạch khí nén dung cảm biến quang điện hoạt động lặp lại? Hãy thiết kế mạch điều khiển điện khí nén hoạt động lặp lại theo tuần tự sau: 1. A+ B+ A- B- 2. A+ B- A- B+ 3. A+ B+ B- A- 4. A+ B- B+ A- 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO. [1]- TS.Nguyễn Ngọc Phương -Hệ thống điều khiển khí nén – NXB Giáo dục – 2000. [2]- PGS. TS. Hồ Đắc Thọ - Công nghệ khí nén, Nxb KH &KT 2004 [3]- Ts. Nguyễn Thị Xuân Thu, Ts. Nhữ Phương Mai – Hệ thống thủy lực và khí nén – NXB Lao động – 2001. [4]- Kỹ thuật điều khiển khí nén- điện khí nén – Trung tâm Việt Đức, ĐHSPKT Thành phố Hồ Chí Minh.