Các Phần Tử Trong Hệ Thống Điều Khiển Khí Nén

VAN ĐẢO CHIỀUVan 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... Tác động bằng cơ, khí nén và điệnKý hi

TPHCM, THÁNG 9/2009

CÁC PHẦN TỬ TRONG

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

A 0.1

R

B A

P S

Phần tử đưa tín hiệu

A

A

R P R

P

R P 0.2

Phần tử xử lý tín hiệu Phần tử điều khiển

Cơ cấu chấp hành

Đại lượng ra (tạo ra sự dịch chuyển) Đối tượng điều khiển

Đại lượng vào (Đại lượng vật lý) Lưu lượng Áp suất

 Cấu trúc của mạch điều khiển và các phần tử

CÁC PHẦN TỬ TRONG

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

• Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lí

như là đại lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển

Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp suất

• Phần tử xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu nhận vào theo một logic

xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển

Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic AND hoặc OR

• Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng)

theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành

Ví dụ: van đảo chiều

• Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển,

là đại lượng ra của đối tượng điều khiển Ví dụ: xy lanh, động cơ…

CHƯƠNG 3CÁC PHẦN TỬ TRONG

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

VAN ĐẢO CHIỀU

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

VAN ĐẢO CHIỀU

 Khi chưa cĩ tín hiệu tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn, cửa (2) nối với cửa (3) Khi cĩ tín hiệu tác động vào cửa (12), thì nịng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) sẽ nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, thì dưới tác dụng của lị xo thì nịng van sẽ trở về vị trí ban đầu.

Khí nén ra (2)

Tín hiệu tác động (12)

Xả khí (3) Nguồn khí nén vào (1)

Thân van

Nòng van

Lò xo

Ký hiệu van đảo chiều và các loại tín hiệu tác động

 Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o, a, b, c … hay các số 0, 1, 2,…

0 1

 Vị trí "o" được ký hiệu là vị trí mà khi chưa có tác động của

tín hiệu ngoài vào

 Đối với van có ba vị trí thì vị trí giữa ký hiệu "o" là vị trí "không".

 Đối với van có hai vị trí, thì vị trí "không“ có thể là "a" hay "b",

thông thường vị trí bên phải là vị trí "không".

KÝ HIỆU VAN ĐẢO CHIỀU

Cửa nối van Ký hiệu theo

•Cửa xả khí khơng cĩ mối nối cho ống dẫn

•Cửa xả khí cĩ mối nối cho ống dẫn

KÝ HIỆU VAN ĐẢO CHIỀU

 Bên trong ơ vuơng của mỗi vị trí là các đường thẳng cĩ hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dịng khí nén qua van

 Trường hợp dịng khí nén bị chặn được biểu diễn bằng dấu gạch ngang

12 (Y) Cửa nối điều khiển

3(R)

4(B) 2(A)

1(P) 5(S)

Cửa 1 nối với cửa 2

Cửa nối điều khiển 14 (Z)

Cửa 1 nối với cửa 4

Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn

Ký hiệu các cửa nối của van đảo chiều

KÝ HIỆU VAN ĐẢO CHIỀU

Van đảo chiều 2/2 Van đảo chiều 3/2 Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 4/3 Van đảo chiều 5/2 Van đảo chiều 5/3

Ký hiệu van đảo chiều

Thường đóng NC Thường mở NO

Trạng thái giữa với 2 cửa cấp thông với cửa xả

Tác động bằng tay

Ký hiệu tín hiệu tác động bằng tay

Nút nhấn tổng quát Nút bấm

Nút kéo Nút bấm và kéo

Tay gạt Bàn đạp Bàn đạp xoay Nút vặn

Tác động bằng cơ, khí nén và điện

Ký hiệu Mô tả Ký hiệu Mô tả

Tác động bằng đầu dò Tác động bằng lò xo

Tác động bằng cữ chặn hai chiều

Tác động bằng cữ chặn một chiều

Trực tiếp bằng dòng khí nén vào

Trực tiếp bằng dòng khí nén ra

Tác động bằng nút nhấn có rãnh định vị

Tác động bằng cơ Tác động bằng khí

Trực tiếp bằng dòng khí nén vào qua van phụ trợ Trực tiếp bằng dòng khí nén ra qua van phụ trợ Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với đường kính hai đầu nòng van khác nhau

*

Tác động trực tiếp bằng nam châm điện

Tác động trực tiếp bằng nam châm điện qua van phụ trợ

Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể Tác động bằng nam châm điện

Hình dạng của một số cơ cấu tác động

VAN ĐẢO CHIỀU 2/2

(Poppet Valve 2/2)

 Van đảo chiều 2/2, tác động trực tiếp bằng khí nén, phục hồi về vị trí ban đầu bằng lò xo

 Tại vị trí "không", cửa 1 bị chặn Khi có tín hiệu khí nén 12 tác động, nòng pittong bị đẩy xuống van sẽ chuyển sang hoạt động ở vị trí 1, lúc này cửa 1 nối với cửa 2.

12

12

VAN ĐẢO CHIỀU 3/2

trí ban đầu bằng lò xo

 Tại vị trí "không", cửa 1 bị chặn, cửa 2 thông khí với cửa 3 Khi có tín hiệu khí nén 12 tác động, nòng pittong bị đẩy xuống van sẽ chuyển

sang hoạt động ở vị trí 1, lúc này cửa1 nối với cửa 2, cửa 3 bị chặn

VAN ĐẢO CHIỀU 3/2

 Điều khiển xy lanh tác động một chiều gián tiếp

Van đảo chiều 3/2- tác động bằng cữ chặn hai chiều

dùng làm công tắc hành trình)

 Có hai loại, vị trí "không" thường đóng và vị trí "không" thường mở

Van đảo chiều 4/2 - tác động bằng đầu dò

 Van đảo chiều 4/2, tác động bằng đầu dò Đây là loại van có vị trí

"không", tại vị trí này cửa 1 nối với cửa 2, cửa 3 nối với cửa 4 (hình a)

 Khi đầu dò bị tác động sẽ đẩy nòng pittong xuống, tác động lên vòng đệm và làm cho cửa 1 nối với cửa 4, cửa 2 nối với cửa 3 (hình b).

VAN ĐẢO CHIỀU 5/2

 Van đảo chiều 5/2, tác động trực tiếp bằng dòng khí nén vào từ hai phía của

nòng van: Không có vị trí "không", van có đặc điểm là "nhớ" vị trí hoạt động khi không còn tín hiệu tác động.

 Khi có tín hiệu khí nén 12 tác động, đẩy nòng pittong qua bên trái, lúc này cửa 1 nối với cửa 2, cửa 4 nối với cửa 5, cửa 3 bị chặn Van sẽ giữ vị trí làm việc này cho dù tín hiệu khí nén 12 không còn tác động nữa

 Cho đến khi có tín hiệu khí nén 14 tác động, nòng pittong bị đẩy qua bên phải, lúc này làm cho cửa 1 nối với cửa 4, cửa 2 nối với cửa 3, cửa 5 bị chặn Van sẽ giữ vị trí hoạt động này cho dù dòng khí nén 14 không còn tác động nữa

VAN ĐẢO CHIỀU 5/2

 Tác động vào nút nhấn, xy lanh duỗi ra, khi di chuyển đến

cuối hành trình, chạm vào công tắc hành

trình 1.3 thì xy lanh

co lại trở về vị trí ban đầu

R

B A

P S

VAN ĐẢO CHIỀU 5/2

R

B A

P S

VAN ĐẢO CHIỀU 5/3

 Van đảo chiều 5/3, tác động bằng khí nén

Đây là các loại van có vị trí "không" - vị trí giữa Khi có tín hiệu khí nén phía bên nào tác động thì van sẽ làm việc ở vị trí tương ứng bên đó

 Khi không còn tín hiệu khí nén tác động, van sẽ trở về làm việc ở vị trí giữa – vị trí "không" dưới lực tác động của lò xo.

VAN CHẮN

Van chắn là loại van chỉ cho lưu lượng khí

nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn Áp

suất dòng chảy tác động lên bộ phận chặn của van

và như vậy van được đóng lại Van chắn gồm các loại sau:

VAN MỘT CHIỀU

khí nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van một chiều: dòng khí nén đi từ A qua

B, chiều từ B qua A dòng khí nén bị chặn

VAN LOGIC OR

(Logic “OR”)

trong hệ thống điều khiển

 Khi có dòng khí nén qua cửa số 1, pittong trụ của van bị đẩy sang

vị trí bên phải, chắn cửa 1(3), cửa số 1 thông khí với cửa số 2

 Hoặc khi có dòng khí nén cấp vào cửa 1(3), pittong trụ của van bị đẩy sang vị trí bên trái, chắn cửa số 1, cửa 1(3) nối với cửa 2

VAN LOGIC AND

VAN LOGIC AND

(Logic “AND”)

1.0 1.0

VAN XẢ KHÍ NHANH

(Quick Exhaust Valve)

 Khi dòng khí nén đi qua cửa số 1, sẽ đẩy bộ phận chắn di

chuyển qua bên trái, chắn cửa xả khí lại Như vậy cửa số 1 thông khí với cửa số 2

 Truờng hợp nguợc lại, khi dòng khí nén đi từ cửa số 2, sẽ đẩy

bộ phận chắn di chuyển qua bên phải, chắn cửa số 1 lại, như vậy khí từ cửa số 2 được xả ra ngoài

VAN XẢ KHÍ NHANH

(Quick Exhaust Valve)

VAN XẢ KHÍ NHANH

(Quick Exhaust Valve)

 Điều khiển tốc độ xy lanh qua van xả khí nhanh

P S

VAN TIẾT LƯU

 Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện

 Có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy (điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành) Ngoài ra van tiết lưu còn có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều

VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU

 Nguyên lý hoạt động: tiết diện Ax thay đổi bằng cách điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay Khi dòng khí nén đi từ A qua B thì dòng khí đẩy màn chắn lên đi qua tiết diện của màn chắn

và của lò xo, khi dòng khí đi từ cửa B qua A thì màn chắn bị

đè xuống, dòng khí chỉ đi qua tiết diện của lò xo

VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU

 Điều khiển lưu lượng dòng khí ở đường vào (a)

 Điều khiển ở đường ra (b)

 Điều khiển vận tốc vào và ra của xy lanh (c)

VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU

 Điều khiển vận tốc xy lanh tác dụng kép

R

B A

P S

P S

VAN ÁP SUẤT

 Van an toàn

 Van tràn

 Van lọc kết hợp với van điều áp

 Van áp suất điều chỉnh từ xa

Van an toàn có nhiệm vụ giữ 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, van an toàn có thể điều chỉnh được áp suất

1(P) 3(R)

VAN TRÀN

chỉ khác là khi áp suất cửa vào của van tràn đạt đến giá trị xác định thì cửa vào 1(P) sẽ thông với cửa ra 2(A) và nối với hệ thống điều khiển, giá trị của áp suất khí nén được xác định bằng lò xo.

VAN ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT

(VAN GIẢM ÁP)

 Giữ áp suất được điều chỉnh khơng đổi, mặc dầu cĩ 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

 Khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trường hợp áp suất ở đường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén tác động lên màn sẽ qua lỗ thơng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngồi Cho đến chừng nào áp suất ở đường ra giảm xuống bằng áp suất được điều

chỉnh ban đầu thì vị trí kim van trở về vị trí ban đầu.

1 Vít điều chỉnh Cửa xả khí Lỗ thông Kim van Đĩa van

2 3 4 5

1

2 3 4

5

6

Màng 6

Van điều chỉnh áp suất không có cửa xả khí

Van điều chỉnh áp suất có cửa xả khí

VAN ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT TỪ XA

 Khi có tín hiệu áp suất 12 (có thể từ một nguồn khí nén khác) tác động gián tiếp qua van tràn thì cửa số 1 sẽ thông khí với cửa số 2 (cửa 1 nối với cửa 2)

VAN ĐIỀU CHỈNH THỜI GIAN

tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay, bình trích chứa, van

đảo chiều 3/2 ở vị trí "không" với cửa 1 bị chặn

 Khí nén qua van tiết lưu một chiều, cần một khoảng thời gian t

để làm đầy bình chứa, sau đó tác động lên nòng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa 1 nối với cửa 2

Ký hiệu và biểu đồ thời gian của role thời gian đóng chậm

RƠ LE THỜI GIAN ĐÓNG CHẬM

RƠ LE THỜI GIAN ĐÓNG CHẬM

RƠ LE THỜI GIAN NGẮT CHẬM

 Rơle thời gian ngắt chậm có nguyên lý, cấu tạo và cũng như rơle thời gian đóng chậm nhưng van tiết lưu một chiều có chiều ngược lại

Ký hiệu và biểu đồ thời gian của rơle thời gian ngắt chậm

CHƯƠNG 4

CƠ CẤU CHẤP HÀNH

(Pneumatic Actuators)

CƠ CẤU CHẤP HÀNH

 Cơ cấu chấp hành (actuator) có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xy lanh) hoặc chuyển động

quay (động cơ khí nén, xy lanh quay)

Xy lanh chuyển động thẳng và xy lanh quay

PHÂN LOẠI

Các cơ cấu chấp hành khí nén được chế tạo với rất nhiều kiểu dáng, kích

cỡ khác nhau bao gồm:

 Xy lanh tác động một chiều có/không có lò xo phục hồi (Single acting

with and without spring return)

 Xy lanh tác động hai chiều (Double acting)

 Không có vòng đệm và vòng đệm giảm chấn cố định

 Vòng đệm giảm chấn có thể điều chỉnh

 Vòng đệm từ trường

 Xy lanh không trục dẫn hướng (Rodless)

 Xy lanh quay (Rotary)

 Tay kẹp (Clamping)

 Xy lanh màng (Bellows)

Cấu tạo chung của xy lanh khí nén

1 Đệm đầu trục

Xy lanh tác động một chiều không có lò xo phục hồi

Xy lanh tác động hai chiều

 Xy lanh tác động hai chiều sử dụng nguồn năng lượng khí nén cung cấp cho cả hai cửa vào của xy lanh: sử dụng cho nhiều ứng dụng thực hiện các chuyển động ra vào của xy lanh

 Chúng ta có thể điều khiển tốc độ của xy lanh bằng cách điều khiển áp suất ở cửa xả

• Không có vòng đệm và vòng đệm cố định

• Vòng đệm có thể điều chỉnh

• Vòng đệm từ trường

Xy lanh tác động hai chiều

không có giảm chấn

 Xy lanh tác động hai chiều không có giảm chấn: ma sát của

pittông và thành trong của xy lanh tăng lên, tạo ra va đập lớn của pittông và xy lanh ở cuối hành trình.

 Các xy lanh này phù hợp dành cho việc thực hiện các chuyển

động với vận tốc thấp, lúc này sẽ tạo nên sự va chạm nhẹ nhàng khi đến cuối hành trình

Start/Stop animation by click

Xy lanh tác động hai chiều với vòng đệm giảm chấn cố định

 Xy lanh tác động hai chiều có vòng đệm giảm chấn sẽ ngăn chặn sự va đập của xy lanh ở cuối khoảng chạy Loại xy lanh này cần cho hoạt động yêu cầu có va đập nhẹ

 Người ta thường sử dụng đĩa trụ giảm chấn hoặc tiết lưu một chiều để làm nhiệm vụ giảm chấn.

Start/Stop animation by click

Xy lanh tác động hai chiều với vòng đệm giảm chấn có thể điều chỉnh

độ xy lanh ở cuối hành trình chuyển động

Start/Stop animation by click

Xy lanh tác động hai chiều

Xy lanh không trục dẫn hướng

(Rodless cylinder)

 Xy lanh không có trục pittông có ưu điểm so với xy lanh có

trục pittông là chiều dài thiết kế chỉ bằng một nửa so với xy lanh có trục pittông

 Có một số ứng dụng tạo ra chuyển động hai chiều vào ra

giống nhau và lực tạo ra cũng bằng nhau

Start/Stop animation by click

Xy lanh không trục dẫn hướng

(Rodless cylinder)

Start/Stop animation by click

Xy lanh không trục hành trình kép

(Twin stroke rodless cylinders)

 Để đáp ứng các ứng dụng yêu cầu khoảng hành trình chuyển

động dài hoặc cần những chuyển động kép đồng thời ngược chiều nhau

 Tải sẽ được kết nối bàn trượt bởi dây đai

Start/Stop animation by click

Xy lanh không trục hành trình kép

(Twin stroke rodless cylinders)

Ứng dụng

Ứng dụng

Start/Stop animation by click

Xy lanh quay khí nén

(Rotary Actuators)

đóng mở van, thực hiện chuyển động quay trong các ứng dụng của tay máy

3600

Xy lanh quay

Xy lanh quay thanh răng

Xy lanh quay

(Rotary vane)

Start/Stop animation by click

Xy lanh quay thanh răng

(Rotary rack and pinion)

 Loại xy lanh này thường dùng trong các hệ thống cấp dao tự động cho máy CNC, hệ thống quay góc của Robot…

 Moment tạo ra đảm bảo là hằng số và trục quay có thể quay một vài vòng và quay liên tục, điều này phụ thuộc vào chiều dài của thanh răng

Start/Stop animation by click

Xy lanh quay thanh răng

(Rotary rack and pinion)

Start/Stop animation by click

Xy lanh kẹp

(Clamping cylinder)

 Được sử dụng trong một không gian hẹp nơi chỉ cần những

hành trình ngắn

Xy lanh màng

(Bellows)

 Nguyên lý hoạt động của xy lanh màng cũng tương tự như xy

lanh tác dụng đơn, xy lanh màng kiểu cuộn có khoảng chạy lớn hơn xy lanh màng kiểu hộp

 Do khoảng chạy nhỏ nên xy lanh màng thường được dùng

trong điểu khiển, ví dụ trong công nghiệp ô tô (điều khiển

phanh, ly hợp )

 Duỗi ra khi được thổi phồng

Cửa

Vòng giữ Màng đàn hồi Cuộn kẹp chặt Mặt bích đầu

Một số loại xy lanh đặc biệt

Một số kiểu tay kẹp (tay gắp) thường gặp

Xy lanh kiểu mâm cặp Xy lanh kiểu êtô

200 20

900Tay kẹp song song

Tay kẹp góc Tay kẹp bán kính

Tay kẹp 3 điểm

LỰC TÁC ĐỘNG TRONG XY LANH

D P

F  N

Lực co vào lý thuyết : ( 2 2 ).

( ) 40

LỰC TÁC ĐỘNG TRONG XY LANH

 Tìm lực đẩy ra/co vào lý thuyết của một xy lanh với đường

kính 50 mm, đường kính nòng pittông là 20 mm, áp suất cung cấp 8 bar

ĐỘNG CƠ KHÍ NÉN

ĐỘNG CƠ KHÍ NÉN

 So sánh với động cơ điện, động cơ khí nén có một vài

ưu điểm quan trọng sau:

 Tỷ số năng lượng trên khối lượng cao: ĐCKN nhẹ và nhỏ, thường có khối lượng nhỏ hơn nhiều lần so với động cơ điện có cùng công suất.

 Khả năng quá tải: Khi động cơ khí nén quá tải thì sẽ dừng lại và sinh ra nhiệt độ cao Chúng có khả năng đối lưu nhiệt độ thông qua vỏ động cơ và không khí xung quanh.

 Có thể điều khiển hướng và tốc độ động cơ: Tốc độ động cơ dễ dàng điều khiển bằng cách gắn các van tiết lưu ở đường xả Bằng cách sử dụng van 5/3 với trạng thái giữa đóng kín các cửa, động cơ khí nén có thể dừng lại ngay lập tức Còn động cơ điện, bởi vì moment quán tính của rotor cao, sẽ mất thời gian dừng lại lâu hơn Tải có thể tác động nhưng nếu chúng ta sử dụng trạng thái trên của van thì động cơ đã bị chốt và khoá lại.

 An toàn: không gây ra hiện tượng cháy nổ.

 Có một số kiểu động cơ khí nén khác nhau nhưng hầu hết là động cơ cánh gạt, động cơ pittông và động cơ turbine.

Động cơ khí nén tạo ra chuyển động

quay liên tục với nhiều loại khác nhau

có thể quay theo 2 chiều.