Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển điện – khí nén – thủy lực – theo phương pháp tầng

Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển điện – khí nén – thủy lực – theo phương pháp tầng gồm các nội dung chính như sau Khái niệm phương pháp thiết kế mạch điều khiển theo tầng; thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén sử dụng phương pháp tầng; thiết kế mạch điều khiển bằng điện sử dụng phương pháp tầng;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Trang 1

Hà Nội, năm 2020

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN – THỦY LỰC –

THEO PHƯƠNG PHÁP TẦNG.

Trang 2

I KHÁI NIỆM PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH

ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG

- Thiết kế theo tầng được coi phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất trong việc thiết kế khí nén trong cả

2 phương pháp điều khiển bằng khí nén và điện-khí nén vì có thể dễ dàng thực hiện và hiểu hoạt động của mạch.

- Thiết kế mạch điều khiển theo tầng là phương pháp

thiết kế thành từng tầng riêng Ở mỗi tầng hoàn

thành một hoặc một số bước của chu kỳ điều khiển.

1.1 Khái niệm

2

Trang 3

1.2 Nguyên tắc thiết kế mạch theo tầng

Trong thiết kế mạch điều khiển theo tầng cần thoả mãn hai nguyên tắc:

 Tín hiệu vào ở các bước trong cùng một tầng

không được trùng nhau. Do đó khi có các tín hiệu vào giống nhau ta phải xét đến việc chia tầng.

 Tại thời điểm bất kỳ chỉ có duy nhất một tầng

điều khiển hoạt động.

3

Trang 4

1.3 Cách chia tầng

• Chia chu kỳ hoạt động của các cơ cấu chấp hành thành các tầng với điều kiện:

Không có xy lanh nào vừa đi ra vừa đi về trong một tầng hoặc

cơ cấu quay vừa chuyển động thuận chiều và ngược chiều

trong cùng một tầng.

thì điều kiện trong việc chia tầng là không có ký hiệu của một

xy lanh nào lặp lại trong cùng một tầng

Ví dụ: có 3 xy lanh A, B, C hoạt động tuần tự như sau:

Start, A+, B+ / B-, A-, C+ / Tầng: I / II / III

C-4

Trang 5

1.4 Các bước giải một bài toán theo tầng

• Bước 1: Phân tích yêu cầu công nghệ và lựa chọn

mạch lực Từ yêu cầu của hệ thống điều khiển, ta xác

định các biến cần thiết đó là các công tắc hành trình

và vị trí lắp đặt, các cảm biến cần thiết sử dụng, các

nút nhấn hay cần gạt lựa chọn (Start – nút khởi động, Stop – nút dừng, điều khiển tự động – Auto hay bằng tay – Man)….

 Bước 2: Từ quy trình công nghệ, xây dựng biểu đồ

trạng thái (biểu diễn các phần tử trong mạch, mối

liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử Cụ thể xác định có bao nhiêu cơ cấu

chấp hành và trình tự hoạt động)

5

Trang 6

1.4 Các bước giải một bài toán theo tầng

 Bước 4: Lập quy trình thực hiện cho các tầng và các

bước trong tầng

 Bước 5: Thiết kế mạch điều khiển bằng sử dụng các

mạch đảo tầng chuẩn.

Trang 7

II THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦNG

Ý nghĩa của việc xác định tín hiệu đầu tầng (E):

- Các tín hiệu này chính là các điều kiện để chuyển

tầng vì tại một thời điểm chỉ được phép một tầng có khí

• Tín hiệu đầu tầng n chính là tín hiệu cuối cùng

được tác động của tầng n-1.

• Tín hiệu đầu tầng 1 chính là tín hiệu cuối cùng

của tầng n kết hợp với nút nhấn START (ON)

(các tín hiệu đầu tầng thường là công tắc hành trình, )

Mạch đảo tầng: bao gồm các van đảo tầng (thực chất là các

van đảo chiều 4/2 hoặc 5/2 có duy trì)

Số van đảo chiều bằng số tầng trừ đi 1 (bằng n-1)

7

Trang 8

2.1 Mạch đảo tầng bằng khí nén

Nguyên tắc hoạt động của mạch đảo tầng:

• Ban đầu, mạch đảo tầng sẽ cấp khí cho tầng thứ n

• Sau khi nhấn nút ON, mạch đảo tầng sẽ cấp khí

Trang 9

Xy lanh A S2

S1 Nhịp thực hiện

- Tín hiệu đầu tầng I (E1) : E1 = S1^Start

* Tín hiệu đầu tầng II (E2): = tín hiệu cuối cùng Tầng I (S4)

- Tín hiệu đầu tầng II (E2): E2 = S4

9

Trang 10

- Tín hiệu đầu tầng I (E1) : E1 = S3^Start

* Tín hiệu đầu tầng II (E2): = tín hiệu cuối cùng Tầng I (S2)

* Tín hiệu đầu tầng III (E3): = tín hiệu cuối cùng Tầng II (S4)

Trang 11

2.2 Các mạch chuẩn tầng

a Mạch chuẩn 2 tầng cơ bản

Taàng I Taàng II

E2 E1

• Mạch 2 tầng (n=2) như vậy có 1 (n-1=1) phần tử nhớ

• E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II

• Ban đầu, khí từ nguồn sẽ cung cấp cho tầng 2, sau khi có tínhiệu E1 tác động, van 5/2 đổi vị trí làm cho khí được dẫn lêncung cấp cho tầng I, khí ở tầng II thoát ra ngoài

11

Số lượng van đảo chiều:

luôn bằng số tầng trừ đi 1

Trang 12

a Mạch chuẩn 2 tầng cơ bản

Taàng I

Taàng II

E2 E1

12

T1  T2

Trang 13

b Mạch chuẩn 3 tầng cơ bản

Taàng I Taàng II Taàng III

E2

E3 E1

• Mạch 3 tầng (n=3), như vậy sẽ có 2 (n-1 = 2) phần tử nhớ

• E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II, E3 là tínhiệu đầu tầng III

13

Trang 14

b Mạch chuẩn 3 tầng cơ bản

Trang 15

c Mạch chuẩn 4 tầng cơ bản

• Mạch 4 tầng (n=4), như vậy sẽ có 3 (n-1 = 3) phần tử nhớ

• E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II, E3 là tínhiệu đầu tầng III, E4 là tín hiệu đầu tầng IV

15

Trang 17

E3

E2

Trang 18

c Mạch chuẩn 4 tầng cơ bản

Cách nối dây cho các tín hiệu đầu tầng: Cấp nguồn cho tín hiệuđầu tầng 1 là tầng phía trước tầng đó

Trang 19

• Bước 1: Với yêu cầu đề ra là điều khiển 2 xy lanh A và B theochu trình điều khiển tự động Để các chu trình này thực hiện tự động được chúng ta gắn trên mỡi xy lanh 2 cơng tắc hành

trình, cơng tắc hành trình S1, S3 gắn ở đầu hành trình, S2 vàS4 gắn ở cuới hành trình của 2 xy lanh A và B

Tầng

Xy lanh A S2

Trang 20

• Bước 3 : Tiến hành việc chia tầng

Có 3 tầng hoạt động, tầng I thực hiện chuyển động cho xy lanh

A đi ra (A+), tầng II thực hiện 2 chuyển động là xy lanh A đivề và xy lanh B đi ra (A-, B+) và tầng cuối cùng là xy lanh B

Trang 21

• Bước 4 : Lập qui trình thực hiện cho các tầng và các bước

trong tầng

Để tiếp tục thiết kế chúng ta phải biết các tín hiệu điều khiển tác động lên các van đảo chiều Ở đây ta có 2 xy lanh tác động kép, để điều khiển được các chuyển động khác nhau như A+, A-, B+, B-  sơ đồ tác động khí nén lên các xy lanh trong

mạch điều khiển khí nén như sau:

B+

B-R

B A

P S

Xy lanh B

A+

A-R

B A

P S

Xy lanh A

21

Trang 22

A+ = T1 (không lấy tín hiệu Start *S3 vì là tín hiệu đầu tầng I)

A- = T2 (không lấy tín hiệu S2 vì là tín hiệu đầu tầng II)

B- = T3 (không lấy tín hiệu S4 vì là tín hiệu đầu tầng III)

22

Trang 23

I II Tầng

Trang 24

S3 S4

B+

B-R

B A

P S

Xy lanh B

A+

A-R

B A

P S

Trang 25

S3 S4

B+

B-R

B A

P S

Xy lanh B S1 S2

A+

A-R

B A

P S

Trang 26

• Hai xy lanh A và B đượcdùng để đẩy phôi từ ngănchứa thẳng đứng xuốngthùng chứa như hình biễudiễn sau: xy lanh A duỗi rađẩy phôi sau đó xy lanh B duỗi ra đẩy phôi rơi xuốngthùng chứa rồi xy lanh B

co lại, tiếp đó là xy lanh A

co lại

Xy lanh B

Xy lanh A

S2 S1

Trang 27

HỆ THỚNG ĐẨY PHƠI VỚI HAI XY LANH

• Từ qui trình cơng nghệ ta lập được biểu đờ trạng thái như sau:

Xy lanh A S2

E1 = S1^Start: tín hiệu đầu tầng I.

E2 = S4: tín hiệu đầu tầng II.

27

Trang 29

29

Trang 30

Sử dụng mạch chuẩn 2 tầng

A+

A-R

B A

P S

B+

B-R

B A

P S

Xy lanh B

Taàng I

Taàng II

E2 E1

30

Trang 31

S3 S4

B+

B-R

B A

P S

Xy lanh B S1 S2

A+

A-R

B A

P S

Trang 33

I II Tầng

Xy lanh A S2

Double acting cy linder

mm 20 40 60 80 100

Double acting cy linder

Component Description Designation

33

mm2040 60 80 100 Double ac t ing c y linder

mm 20 40 60 80 100 Double ac t ing c y linder

Component Des c ript ion Des ignat ion

0 5 10 15 20 25 30

mm 20 40 60 80 100 Double acting cy linder

Component Description Designation

Trang 34

34

Trang 38

S1 S2

A+

A-R

B A

P S

B+

B-R

B A

P S

Trang 39

Thuyết minh hoạt động của mạch

Ban đầu:

• Hai pittông A và B ở vị trí co lại (đầu hành trình chuyển động)

• Hai công tắc hành trình S1 và S3 bị chạm, tác động làm van

đảo chiều 3/2 đổi vị trí dẫn khí từ cửa số 1 lên cửa số 2

• Tầng II có khí

• Tín hiệu đầu tầng I: E1 = S1^ Start; tín hiệu đầu tầng II: E2 = S4

Khi nhấn nút Start:

• Khi nút Start được nhấn, van 3/2 đổi vị trí dẫn khí từ nguồn

qua công tắc hành trình S1 lên tác động làm cho van đảo chiều5/2 đổi vị trí, lúc này tầng I có khí

• Tầng I có khí, tín hiệu A+ làm cho van đảo chiều 5/2 đổi vị trí, khí từ nguồn P đi lên cửa A làm cho pittông A duỗi ra Đến

cuối hành trình, S2 bị chạm, tín hiệu B+ làm cho pittông B

duỗi ra, đến cuối hành trình, S4 bị chạm S4 là tín hiệu đầu

tầng II làm cho tầng II có khí

• Tầng II có khí, tín hiệu B- làm cho pittông B co lại, về đầu

hành trình S3 bị chạm, lúc này có tín hiệu A- làm cho pittông

Trang 40

III THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN SỬ

DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦNG

3.1 Mạch đảo tầng bằng điện

Sử dụng các rơle để tạo ra mạch đảo tầng

Số rơle = số tầng - 1

Nguyên tắc hoạt động của mạch đảo tầng:

• Ban đầu, mạch đảo tầng sẽ cấp điện cho tầng thứ

n.

• Sau khi nhấn nút Start, mạch đảo tầng sẽ cấp

điện ́ cho tầng thứ I, ở tầng này, nguồn điện ́ sẽ cung cấp cho các chuyển động trong tầng I để điều khiển

cơ cấu chấp hành (có thể điều khiển trực tiếp hoặc

thông qua các công tắc hành trình).

40

Trang 41

DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦNG

3.1 Mạch đảo tầng bằng điện

 Tín hiệu đầu tầng II sẽ được tác động khi tầng I

kết thúc, tầng II có điện và nguồn điện này cũng

cung cấp cho các chuyển động trong tầng II Tín hiệu

đầu tầng III sẽ được tác động khi tầng II kết thúc,

tầng III có điện … Và cứ tiếp tục như thế cho đến

tầng thứ n, và chu trình lại quay trở lại tầng I.

41

Trang 42

42

Trang 43

0 V

K1 E1

Trang 44

0 V

K1 E1

Trang 45

3.2 Mạch chuẩn tầng dùng trong thiết kế mạch

Trang 46

3.3 Ví dụ áp dụng

• Ví dụ 1: Máy khoan tự động có yêu cầu như sau

Một cơ cấu kẹp thực hiện công việc kẹp chặt phôi trong khi máy khoan làm việc và sẽ nhả ra khi máy đã hoàn tất một chi tiết khoan.

Người ta dùng hai xy lanh A và B, xy lanh A sẽ thực hiện việc kẹp giữ phôi

và xy lanh B thực hiện việc khoan Đầu tiên xy lanh A mang hàm động của cơ cấu kẹp đi ra kẹp chặt phôi, sau đó xy lanh B đi ra khoan chi tiết

và quay về, tiếp theo xy lanh A quay về, chi tiết gia công xong có thể được lấy ra.

46

Trang 47

MÁY KHOAN TỰ ĐỢNG

• Bước 2: Vẽ biểu đồ trạng thái

Từ yêu cầu của qui trình cơng nghệ, ta xác định được sơ đờ hành trình bước (biểu đờ trạng thái) như sau:

Trang 48

MÁY KHOAN TỰ ĐỢNG

• Bước 3 : Chia tầng

Dựa vào sơ đờ hành trình bước, ta lập được bảng điều kiện

như sau:

Bước (nhịp thực hiện) S1 S2 S3 S4

1 2 3 4 5

1 1

1

I II

0 0

Trang 49

MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG

• Bước 3 : Chia tầng

Quan sát trên bảng điều kiện nhận thấy các tín hiệu của bước 2 và bước 4 trùng nhau, việc chia tầng bắt buộc phải ở bước 3 Từ bước 3 xét đến cuối chu kỳ không có điều kiện trùng do đó phải chia ra làm

49

Trang 50

MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG

Xác định các bước hoạt độngcủa xy lanh trong mỗi tầng:

B-Bước 4: Lập quy trình thực hiện cho các tầng và các bước trong tầng

50

Trang 51

SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG

S1 S2

Y2 Y1

R

B A

P

S

Y4 Y3

R

B A

P S

Xy lanh B

Start

K1

K1 K1

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống điều khiển điện – khí nén – thủy lực – theo phương pháp tầng
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	51
Dung lượng	1,89 MB