TRUYỀN ĐỘNG KHÍ nén(student)

Thiết bị điều khiển trình tự chuyển động của bộ phận công tác của các hệ thống máy móc + Các phần tử trễ, nhớ, rơle thời gian + Các phần tử cảm biến bằng tia + Van điều khiển công tắc

CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN

Các khái niệm và định nghĩa cơ bản

Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động khí nén

Các cơ cấu và phần tử cơ bản của một hệ truyền động khí nén

 Thiết bị đo, kiểm;

 Đường ống và các thiết bị đường ống;

 Các thiết bị khác

Thiết bị nguồn - Máy nén khí

Chức năng: là các thiết bị tạo ra và cho phép thu năng lượng của không

khí bị nén dưới áp suất nhất định để dùng trong các hệ truyền động.

Phân loại:

 Theo áp suất:

+ Máy nén khí áp suất thấp: p ≤ 15 bar

+ Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 15 bar

+ Máy nén khí áp suất rất cao: p ≥ 300 bar

 Theo nguyên lý hoạt động:

+ Theo nguyên lý thay đổi thể tích: kiểu pittông, cánh gạt, kiểu root, kiểu trục vít

+ Máy nén khí tuabin: máy nén khí li tâm và máy nén khí theo chiều trục

Thiết bị phân phối (Van phân phối)

 Chức năng: Là các thiết bị dùng để hướng dòng khí nén tới các

khoang làm việc của các cơ cấu chấp hành khí nén hoặc xả từ đó

ra ngoài khí quyển

 Nguyên lý hoạt động:

 Kí hiệu van phân phối

Van đảo chiều 3/2

Van đảo chiều 5/2

Van đảo chiều 5/3

 Cách gọi tên và kí hiệu một số van phân phối

 Tín hiệu tác động:

Thiết bị điều chỉnh

 Các thiết bị điều chỉnh áp suất:

 Các thiết bị điều chỉnh lưu lượng (tốc độ):

Van an toàn

Nhiệm vụ: đảm bảo an toàn cho hệ thống khi quá 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 của R ra ngoài khí quyển

Kết cấu

Ký hiệu

P (1)

R (3)

Van tràn

Nhiệm vụ: Nguyên tắc hoạt động như van an toàn, nhưng chỉ

khác ở chỗ là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định, thì của

P sẽ nối với cửa A, nối với hệ thống điều khiển

Kết cấu

A

Van điều chỉnh áp suất

Nhiệm vụ: Giữ áp suất được điều chỉnh khổng đổi, mặc dù có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc

sự giao động của áp suất ở đường vào van

Ký hiệu

Kết cấu

Rơle áp suất

Nhiệm vụ: đóng mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống

vượt quá mức yêu cầu

Kết cấu

Van tiết lưu Nhiệm vụ: điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận

tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành

Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

Van tiết lưu có tiết diện thay đổi

Van một chiều

Nhiệm vụ: Van một chiều có tác dụng chỉ cho khí nén đi

qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn

Kết cấu

Ký hiệu

Bộ điều chỉnh tốc độ

Nhiệm vụ: điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều

chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành

Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

Van tiết lưu có tiết diện thay đổi

Thiết bị điều khiển

trình tự chuyển động của bộ phận công tác của các hệ thống máy móc

+ Các phần tử trễ, nhớ, rơle thời gian

+ Các phần tử cảm biến bằng tia

+ Van điều khiển (công tắc hành trình)

+ Các phần tử thuật toán lôgic

Van điều khiển (công tắc hành trình)

Ký hiệu

Các phần tử thuật toán logic

Kết cấu

c) Van xả khí nhanh

Kí hiệu

Van xả khí nhanh thường lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành,

ví dụ pittong, có nhiệm vụ xả khí nhanh ra ngoài

Các phần tử trễ, nhớ, rơle thời gian

Các phần tử trễ, nhớ, rơle thời gian

a) Rơle thời gian ngắt chậm

Kí hiệu Biểu đồ thời gian

Các phần tử cảm biến bằng tia

vực mà cảm biến không tiếp xúc bằng điện không thể đảm nhận được, như điều kiện nóng, ảnh hưởng của nước, ảnh hưởng của điện trường…

+ Cảm biến bằng tia rẽ nhánh

+ Cảm biến bằng tia phản hồi

+ Cảm biến bằng tia qua khe hở

a) Cảm biến bằng tia rẽ nhánh

Ví dụ ứng dựng

b) Cảm biến bằng tia phản hồi

Ứng dụng cảm biến để kiểm tra kích

thước chi tiết chính xác mép băng tải của dây chuyền Ứng dụng cảm biến để theo dõi vị trí

c) Cảm biến bằng tia qua khe hở

Ứng dụng cảm biến để theo dõi độ lệch mép của 2 băng chuyền được ép vào

nhau

Kết cấu và kí hiệu

Cơ cấu chấp hành khí nén

Chức năng: là các thiết bị khí nén được sử dụng để nhận và biến đổi

trực tiếp nguồn năng lượng khí nén thành động năng chuyển động cơ học của bộ phận công tác

+ Xi lanh quay bằng thanh răng

 Động cơ khí nén:

+ Động cơ bánh răng + Động cơ trục vít + Động cơ cánh gạt + Động cơ pít tông + Động cơ tuabin

2 Xylanh tác dụng hai chiều (tác dụng kép)

Áp suất khí nén được dẫn vào cả hai phía của xylanh

Kết cấu

Kí hiệu

3 Xylanh màng

a Xylanh màng kiểu cuộn

b Xylanh màng kiểu hộp

4 Xylanh không cần piston

a Xylanh kiểu băng đai:

4 Xylanh không cần piston

b Xylanh kiểu rãnh then hoa

4 Xylanh không cần piston

c Xylanh với bộ li hợp bằng nam châm

5 Xylanh quay bằng thanh răng

Phạm vi quay có thể 90o, 180o, và 360o

1 Động cơ bánh răng

Động cơ khí nén

2 Động cơ trục vít

Động cơ khí nén

Động cơ trục vít (hãng Atlas Copco)

3 Động cơ cánh gạt

4 Động cơ pittong hướng kính

Động cơ khí nén

5 Động cơ pittong dọc trục

Động cơ khí nén

6 Động cơ tuabin

7 Động cơ màng

Đường ống và các thiết bị đường ống

Chức năng:

 Để chuyển tải dòng khí nén tới các điểm tiêu thụ

 Là các kênh điều khiển của từng thiết bị khí nén riêng biệt trong một số trường hợp

CHƯƠNG III:

ĐIỀU KHIỂN CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN

Các hệ truyền động-tự động khí nén làm việc theo chu trình được chia theo điều khiển thành ba nhóm:

3) Điều khiển theo áp suất

1) Điều khiển theo vị trí;

2) Điều khiển theo thời gian;

Điều khiển theo vị trí

x11, x12: tín hiệu từ các công tắc hành trình (cảm biến vị trí)

f, f : tín hiệu điều khiển đến van phân phối

Điều khiển theo thời gian

Điều khiển theo thời gian bằng cam Điều khiển theo thời gian 4 cơ cấu chấp

hành khí nén bằng rơle thời gian

Điều khiển theo áp suất

Hệ điều khiển lôgic

Đa số các hệ thống tự động sử dụng trong thực tế, trong đó cả các hệ truyền động-tự động khí nén thuộc nhóm các hệ thống điều khiển ngắt quãng Hệ điều khiển của các hệ thống tự động này được xây dựng trên

cơ sở của lý thuyết điều khiển lôgic (hay rơle)

 Các tín hiệu đầu vào X1, X2, , Xm và các tín hiệu đầu ra Z1, Z2, ,

Zn đều là các tín hiệu nhị phân có hai giá trị 0 hoặc 1

 Các phép tính được thực hiện trên các tín hiệu này đều dựa

trên các qui tắc và tính chất của đại số logic

Thiết bị điều khiển Rơle

Z1

Z2

Zn

X1

X2

Xm

 Hệ điều khiển đơn bước:

 Hệ điều khiển đa bước:

( ) ( ) ( ), ( ) ( ) ( 1) ( ) ( ), ( ) ( )

 Hệ điều khiển lôgic được phân loại thành:

 Hệ đồng bộ: các giá trị đầu vào được tiếp nhận và diễn ra các biến

đổi, thực hiện theo (2.1) và (2.2) chỉ tại các thời điểm khi các loại tác động được đưa vào một kênh đặc biệt được tách riêng (kênh đồng bộ-kênh còn lại được gọi là kênh thông tin)

 Hệ dị bộ: không có kênh đồng bộ được tách riêng như ở trên

 Đa số các hệ điều khiển của các máy và dây chuyền tự động (kể

cả các hệ truyền động-tự động khí nén) đều là các hệ dị bộ Bởi

vậy, ta sẽ chỉ xét mô hình các hệ điều khiển loại này

 Các điều kiện làm việc của các hệ điều khiển lôgic (dị bộ) thường được mô tả bằng các phương pháp qui ước, trong đó hay dùng hơn

cả là phương pháp mô tả bằng các bảng đóng mở hoặc bằng biểu

đồ trạng thái làm việc

Mô tả hoạt động của hệ truyền động khí nén bằng biểu

đồ trạng thái làm việc

 Hệ truyền dẫn của các máy và dây chuyền tự động là một tập hợp của các hệ dẫn động cơ sở mà từng hệ đó tương ứng với một bộ phận công tác xác định

Chế độ hoạt động

1 Chế độ tự động: sau khi khởi động, chu trình làm việc

của máy sẽ được thực hiện một cách tuần tự, nhắc lại liên tục Máy chỉ dừng lại khi nào có tín hiệu báo

dừng;

2 Chế độ bán tự động;

3 Chế độ hiệu chỉnh

Biểu đồ trạng thái làm việc

Biểu đồ trạng thái làm việc

cho phép mô tả trình tự thay

đổi trạng thái và chuyển

động của các cơ cấu chấp

hành trong suốt cả thời

gian chu trình làm việc của

nó

Biểu đồ trạng thái của hệ thống với

hai cơ cấu chấp hành

Biểu đồ trạng thái của hệ thống với ba cơ cấu chấp hành

Biểu đồ trạng thái làm việc tiêu chuẩn

Một biểu đồ làm việc của hệ truyền động khí nén được gọi là một biểu

đồ tiêu chuẩn nếu như bắt đầu của mỗi chuyển động tại bước đang xét được xác định bằng một trong ba phương pháp dưới đây:

1 Bằng toàn bộ các thay đổi trong hệ truyền động khí nén xảy ra tại thời điểm cuối của bước trước đó và được xác định bởi các phần

tử điều khiển hành trình (công tắc hành trình);

2 Bằng toàn bộ các thay đổi trong hệ truyền động khí nén xảy ra tại thời điểm cuối của bước trước đó đồng thời thỏa mãn một số điều kiện lôgic cho phép làm việc nhất định;

3 Chỉ cần thỏa mãn một số điều kiện lôgic cho phép làm việc nhất định.

Cấu trúc của hệ điều khiển các hệ truyền động-tự

động khí nén làm việc theo chu trình

Sơ đồ khối tổng quát

Sơ đồ khối hệ điều khiển rút gọn

Sơ đồ mạch lôgic điều khiển trigơ kiểm soát hai vị trí của bộ phận công tác

Sơ đồ mạch lôgic điều khiển trigơ kiểm soát hơn hai vị trí của bộ phận công tác

Điều kiện bổ xung

1 Không cho phép van phân phối của hệ truyền động làm việc với các giá trị chưa xác định của tín hiệu vào chính, tức là không cho phép có trạng thái trùng lặp trong hệ thống điều khiển-điều này sẽ phá hủy chu trình làm việc bình thường của hệ truyền động;

2 Hệ điều khiển được xây dựng phải đảm bảo an toàn cho toàn bộ

hệ thống truyền động khi có sự cố-tức là hệ thống dừng lại Khi khắc phục xong sự cố-muốn hệ thống làm việc phải có tín hiệu khởi động lại (ví dụ trong trường hợp mất nguồn đột ngột rồi có lại );

3 Hệ truyền động chỉ có thể bắt đầu làm việc ở chế độ tự động khi toàn bộ các bộ phận công tác ở vị trí ban đầu được qui định;

4 Khi hệ thống làm việc ở chế độ tự động thì các công tắc điều

khiển tay (của chế độ chính) không có tác dụng và ngược lại

Sơ đồ hệ điều khiển hệ truyền động-tự động khí nén làm việc

theo chu trình có tính đến điều kiện làm việc bổ sung

KĐL: kiểm tra điều kiện lôgic;

KVĐ: kiểm tra vị trí ban đầu của các

bộ phận công tác;

KCH: kiểm tra trạng thái các công tác hành trình

 Phép lặp lôgic (cộng và nhân nhiều lần cùng một biến)

Ví dụ về biến đổi lôgic

• Việc thực hiện các sơ đồ lôgic điều khiển như vậy được tiến hành nhờ các mạch và phần tử lôgic - được gọi là các phần tử lôgic (hay các phần tử tự động) cơ bản Mỗi phần tử như thế có kết cấu cho phép thực hiện một

trong những phép tính lôgic cơ bản được xét tới ở trên

• Tùy thuộc vào loại năng lượng được sử dụng trong làm việc, các phần tử tự động (phần tử lôgic) có thể là các

phần tử tự động điện, điện tử, thủy lực và khí nén.

Khái lược về các phần tử tự động khí nén và việc hiện

thực các phép tính lôgic cơ bản trên chúng

Phụ thuộc vào dải áp suất áp suất làm việc, các phần tử

tự động khí nén được chia làm ba nhóm chính:

 Dải áp suất cao: Plv=(0.24 – 0.63) Mpa

(kết cấu kiểu van trượt)

 Dải áp suất trung bình: Plv=(0.14 – 0.24) Mpa

(kết cấu dạng màng, bi, xinfôn )

 Dải áp suất thấp: Plv=(0.01 – 0.15) Mpa

(các phần tử tia khí nén)

a) Nhóm các phần tử tự động khí nén làm việc ở dải áp suất cao

Sơ đồ van 3/2 điều khiển cơ

Sơ đồ van 3/2 điều khiển bằng khí nén

Hiện thực các phép tính lôgic trên các phần tử áp suất

cao (loại van 3/2 và 5/2)

Hiện thực các phép tính lôgic trên các phần tử áp suất

cao (loại van 3/2 và 5/2)

Hiện thực các phép tính lôgic trên các phần tử áp

suất cao (loại van 3/2 và 5/2 (tiếp)

Sử dụng các phần tử tự động khí nén trong việc thiết

Ví dụ thiết lập sơ đồ điều khiển cho hàm điều khiển sau:

Sơ đồ điều khiển hệ truyền động khí nén có 1 CCCH bằng van 3/2

r r

r r

Sơ đồ hiện thực các phép tính lôgic cơ bản bằng các phần tử USEPPA

Sơ đồ hiện thực các phép tính lôgic cơ bản bằng các phần tử USEPPA

Sơ đồ hiện thực các phép tính lôgic cơ bản bằng các phần tử USEPPA

Sơ đồ giữ chậm thời gian bằng các phần tử USEPPA: a) Sơ đồ mạch giữa chậm; b) đồ thị x(t) và f(t)

c) Nhóm các phần tử tự động khí nén làm việc ở dải áp suất thấp

 Plv=(0.01 – 0.15) Mpa

 Các phần tử thuộc nhóm này chủ yếu là các phần tử tia khí nén

 Nguyên lý làm việc của các phần tử loại này dựa trên sự tác động của các

dòng tia khí với nhau, hoặc với thành các kênh dẫn hoặc dựa trên hiệu ứng rối hóa, xoáy hóa của các dòng tia khí nén

 Trong kết cấu của các phần tử tia khí nén không sử dụng các chi tiết động Chính vì vậy mà thời gian hoạt động của chúng dường như không bị giới hạn

và có thể đáp ứng tần số làm việc lớn (tới vài trăm Hz)

 Các phần tử tia này thường được chế tạo hàng loạt bằng các vật liệu rẻ tiền (nhựa) theo những gam phần tử cơ bản khác nhau và tập hợp thành hệ các phần tử tự động hoàn chỉnh phục vụ cho việc xây dựng các mạch lôgic điều khiển riêng rẽ và các hệ điều khiển nói chung

 Trong thực tế gặp rất nhiều loại hệ các phần tử tia khí nén như vậy (ví dụ

SMST, VONGA, AIRLOG )

Sơ đồ các phần tử tia khí cơ bản của hệ VONGA:

a) phần tử ST - 41; b) phần tử ST – 43; c) phần tử ST – 42; d) cách lắp ráp các phần tử

Bảng trạng thái

Sơ đồ hiện thực các phép tính lôgic trên các phần tử ST-41

Sơ đồ rơle thời gian tia khí nén

Sơ đồ phần tử biến đổi tín hiệu dịch chuyển cơ khí thành tín hiệu khí nén

a) sử dụng bản chắn ngăn dòng tia khí; b) sử dụng đối áp

Tổng hợp hệ điều khiển các hệ truyền động-tự động

Các hệ điều khiển thường được chia làm hai nhóm: đơn bước và đa bước

 Các hệ đơn bước là các hệ mà trong đó tại bất cứ thời điểm

xét nào, tổ hợp giá trị các tín hiệu đầu ra cũng được xác định

đơn trị bằng tổ hợp các giá trị tín hiệu ở đầu vào và hoàn toàn

không phụ thuộc vào tổ hợp giá trị các tín hiệu đầu vào ở bước

trước đó

 Đối với các hệ đa bước, tổ hợp các tín hiệu ra được xác định

không chỉ bằng trạng thái đầu vào tại tại thời điểm xét mà còn

phụ thuộc vào cả tổ hợp giá trị các tín hiệu vào ở các bước

trước đó

 Để tổng hợp hệ điều khiển đơn bước, ta chỉ cần sử dụng các

phần tử tự động lôgic cơ bản, còn đối với các hệ đa bước,

ngoài ra chúng ta phải sử dụng cả các loại phần tử nhớ, phản

hồi, khác nhau nữa

 Hoạt động của các hệ loại vừa nêu có thể mô tả bằng biểu đồ trạng thái làm việc và trên cơ sở đó có thể tiến hành tổng hợp sơ

đồ nguyên lý điều khiển khí nén cho toàn bộ hệ truyền động

 Việc tổng hợp các hệ điều khiển phụ thuộc vào loại phần tử tự động khí nén được chọn, vào kiểu van phân phối khí nén được dùng để điều khiển các hệ truyền động

 Cùng một bài toán tổng hợp hệ điều khiển cho một hệ truyền

động với những yêu cầu và điều kiện làm việc cho trước ta thu được một sơ đồ điều khiển lôgic nhưng lại có thể có nhiều sơ đồ nguyên lý khí nén khác nhau cùng đáp ứng được các yêu cầu và điều kiện làm việc của hệ truyền động-tự động khí nén

Trình tự của bài toán tổng hợp hệ điều khiển các hệ

1 Liệt kê và hệ thống toàn bộ các yêu cầu và điều kiện làm việc của hệ truyền động-tự động khí nén mà ta phải tiến hành tổng hợp hệ điều khiển cho nó;

2 Mô tả điều kiện làm việc của hệ truyền động bằng biểu đồ trạng thái làm việc tương ứng; nếu như biểu đồ thu được chưa phải ở dạng tiêu chuẩn, phải biến đổi và phân nhỏ biểu đồ có được thành các

biểu đồ tiêu chuẩn cơ sở;

3 Xác định các tín hiệu vào độc lập của hệ điều khiển lôgic: x1, x2, ,

xm tương ứng với các bộ phận công tác gắn với các cơ cấu chấp

hành của hệ truyền động;

4 Lập bảng trạng thái đóng, mở cho tất cả các tín hiệu vào x1, x2, , xmtrên biểu đồ trạng thái cho trên toàn bộ các bước của chu trình làm việc;