chương 1: cơ sở lý thuyết khí nén

 Đọc và phân tích được các hệ thống điều khiển bằng khí nén, thủy lực, điện thủy lực trong thực tế.. ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Cơ cấu chấp hànhPHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN Cơ cấu tác động - Output PH

Trang 1

Hydraulics-Pneumatics power in industry

TR ƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ TỈNH BÌNH DƯƠNG NG TRUNG C P NGH T NH BÌNH D ẤP NGHỀ TỈNH BÌNH DƯƠNG Ề TỈNH BÌNH DƯƠNG ỈNH BÌNH DƯƠNG ƯƠNG NG

-O0O -Lecturer: NGUYỄN HỮU TRUNG Email:

nguyentrungelectric@g mail.com

Trang 2

Mục đích của môn học

 Hiểu chức năng, nguyên lý làm việc của các

phần tử khí nén, điện -khí nén, thủy lực, điện thủy lực.

 Có kiến thức để thiết kế mạch điều khiển khí

nén, điện khí nén, thủy lực, điện thủy lực.

 Đọc và phân tích được các hệ thống điều

khiển bằng khí nén, thủy lực, điện thủy lực trong thực tế.

 Phát hiện lỗi cúa các phần tử và hệ thống,

sữa chữa và bảo dưỡng hệ thống.

Trang 3

Tài liệu tham khảo

 Tài liệu tham khảo chính:

[1] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển bằng khí nén, NXB Giáo dục, 1999.

[2] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển bằng thủy lực, NXB Giáo dục, 2000

 Các tài liệu khác

[1] Andrew A Parr, Hydraulics and Pneumatics, Elsevier Science & Technology Books

Trang 4

Phương pháp đánh giá

Trang 5

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Trang 6

TỔNG QUAN

 Khí nén là một phần của lưu chất với không khí

hoặc các loại khí khác được nén lại

Pneumatics: xuất phát từ tiếng Hy Lạp là Pneuma có nghĩa là khí, gió hoặc hơi thở

 Điều khiển khí nén được thiết kế với mục đích

hướng dòng chảy của khí nén theo các mạch để

điều khiển cơ cấu chấp hành

 Các dòng chảy dưới dạng năng lượng khí nén sẽ

điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển

động tịnh tiến hay quay.

Trang 7

LỊCH SỬ

 Cuối thế kỷ XVII, Torricelli, Mariotte và sau đó là Bernoulli đã

tiến hành nghiên cứu các lý thuyết và ứng dụng liên quan đến áp suất và lực đi ra từ các lỗ trên các thùng chứa nước và các đường

thủy lực

 Cuối những năm 1930 và đặc biệt là trong khoảng thời gian chiến

tranh TG thứ II, các hệ thống điều khiển bằng lưu chất được sử

trong các máy móc sản xuất.

 Vào năm 1951 các ứng dụng trong công nghiệp tăng rất nhanh,

các hội nghị được tổ chức như Detrit, Michigan với mục đích hình thành nên một tiêu chuẩn cho các thiết bị khí nén và thủy lực.

 Vào năm 1966, một hệ thống ký hiệu được đưa ra bởi Viện tiêu

chuẩn Hoa Kỳ (United States America Standards Institute) Khi chúng ta sử dụng các ký hiệu này, người bảo trì dễ dàng thay thế và sửa chữa các thiết bị trong hệ thống, dễ dàng phán đoán các lỗi hư hỏng của hệ thống bằng cách tham khảo các catalogue của nhà sản xuất

Trang 8

ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN

 Các dây chuyền tự động: đóng gói, vận chuyển, cấp phôi, gá đặt… sản xuất dược phẩm, hoá chất, nước giải khát,….

 Có thể sử dụng ở trong những môi trường khắc nghiệt, lĩnh vực nguy hiểm

 Sản xuất, lắp ráp các thiết bị điện tử & chế biến thực phẩm vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và độ an toàn cao.

Trang 9

Máy cắt giấy và hệ thống cấp dung dịch vào chai

bằng hệ thống khí nén

Trang 13

Trang 22

Trang 23

Xy lanh A

Xy lanh B

S1 S2

S3 S4 B1

Quy trình đẩy chi tiết với hai xy lanh

Trang 24

Giới hạn (pin)

Tốt với rò rỉ ít Động cơ Ac và DC

Điều khiển động cơ

Dc dễ Động cơ AC rẻ Khoảng hành trình ngắn sử dụng

solenoid hoặc thông qua chuyển đổi cơ khí

Có thể điều khiển với động cơ DC và

solenoid Tuy nhiên cần giải nhiệt

Nguy hiểm khi giật điện

Động cơ điện hoặc động cơ diesel

Giới hạn (bộ tích áp)

Giới hạn do thiết bị Trung bình

Tốc độ di chuyển chậm Dễ điều khiển

Có thể dừng Xylanh Lực lớn Lức có thể điều khiển

Rò rỉ gây nguy hiểm,

Khoảng thay đổi tốc

độ lớn Khó điều khiển chính xác tốc độ

Xylanh, lực trung bình Lức có thể thay đồi được

Tiếng ồn

Trang 25

ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu chấp hành)

PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu tác động - Output)

PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU

- Đđộng cơ khí nén

- Van đảo chiều

- Phần tử chuyển đổi

- Van chân không

- Van đảo chiều

- Van chắn (OR, AND, xả

khí nhanh)

- Van tiết lưu,

- Van thời gian, bộ đếm

- F-F khí nén, CPU khí

nén

Nút nhấn, công tắc, công

tắc hành trình, cảm biến,

lưu chương trình

NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

NGUỒN NĂNG

LƯỢNG KHÍ NÉN

- Động cơ điện

- Solenoid

- Động cơ tịnh tiến

- Công tắc tơ công suất

- Transistor công suất

- Thyristor công suất

- Công tắc tơ

Trang 26

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

 ƯU ĐIỂM

 Độ an toàn làm việc cao trong môi trường

dễ cháy nổ và có thể làm việc trong môi trường khắc nghiệt như phóng xạ hoặc hoá chất.

 Độ tin cậy làm việc cao.

 Kết cấu, sử dụng và điều khiển đơn giản.

 Dễ dàng tự động hoá.

 Thời gian đáp ứng nhanh, tác động nhanh và

có thể làm việc từ xa

 Giá thành thiết kế hệ thống rẻ.

Trang 27

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

 NHƯỢC ĐIỂM

cùng công suất.

làm việc của hệ thống.

nên dễ xảy ra va đập ở cuối hành trình.

chính xác như đối với các hệ thống khác.

Trang 28

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ

 Khí là một trong ba trạng thái cơ bản của vật chất

Khí cũng có đặc tính tương tự với chất lỏng là không có hình dạng xác định mà có hình dạng phụ thuộc vào hình dạng của vật chứa và áp suất truyền theo mọi hướng

 Khí khác với chất lỏng là không có thể tích cố

định Khí có thể được nén ở áp suất cao còn chất lỏng thì chỉ nén được với một thể tích rất nhỏ (có thể được xem như không nén được).

Trang 29

TỶ TRỌNG

Các thí nghiệm ban đầu về các trạng thái khí và không khí được thực hiện bởi các nhà khoa học như Boyle và Charles Các kết quả của các thí nghiệm chỉ ra đặc tính của khí theo các quy luật sau, quy luật này được biết như là định

= R = const (hằng số)

P: Áp suất tuyệt đối (bar).

Trang 30

ĐƠN VỊ SỬ DỤNG

Có 3 hệ thống đơn vị thường được sử dụng là:

 Hệ thống đơn vị Metric : mét, kilôgram và giây

 Hệ thống Imperial System: foot, pound, giây

 Hệ thống đơn vị SI: mét, newton, giây

Các thông số Ký hiệu Hệ SI Hệ Metric

Công suất

l t

T m

F P

L

m s

0 K (0 0 K = - 273 0 C)

m s

Trang 31

ÁP SUẤT

đất bằng khối lượng không khí bao quanh trái đất là 14,7 psi (Pound/inch) Áp suất khí quyển là áp suất không khí bao quanh chúng ta (1 bar)

mức chuẩn là áp suất khí quyển Áp suất dư bằng 0 chính là áp suất khí quyển

Áp suất tuyệt đối = Áp suất dư + Áp suất khí quyển

Áp suất khí quyển có thể đo bằng chiều cao của cột dung dịch trong chân không (1013 mbar = 1000 mbar)

Trang 32

ÁP SUẤT

 Áp suất khí nén: áp suất khí nén là lực tác động

trên một đơn vị diện tích.

Chuyển đổi giữa các đơn vị đo áp suất

F P

A



Khoảng áp suất công nghiệp mở rộng

Áp suất thấp

Khoảng áp suất thường sử dụng

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Áp suất chân không Chân không tuyệt đối

Áp suất dư Áp suất tuyệt đối

Pa bar KG/cm 2 atm mmH 2 0 mmHg psi

1,01325 9,80665x10 -5

1,35951x10 -3 1,31579x10 -3 1,35951x10 -3 1 1,93368x10 -2

7,03065x10 -2 6,80457x10 -2 7,03067x10 2 5,17147x10 1

Trang 33

 Khí nén tạo thành lực với giá trị bằng áp suất tác

dụng lên bề mặt nhân với diện tích tác dụng

 Dung dịch trong bình được cung cấp áp suất và

chuyển thành lực.

Như vậy lực đẩy ra của piston sinh ra bởi áp

suất khí được tính bằng cách nhân diện tích

hiệu dụng với áp suất

D P

Trang 34

LƯU LƯỢNG

 Lưu lượng được đo là một thể tích không khí tự do đi qua trong một

đơn vị thời gian Đơn vị thường sử dụng:

Lít hoặc dm3 trên giây : l/s hoặc dm3/s.

Thể tích trên phút : m3/ph.

Thể tích đo trên đơn vị feet trên 1 phút : scfm.

Lưu lượng thường được tính bằng

lít khí tự do trên một đơn vị thời gian

Bar Pa 1 2 4 8 16 Bar Pg 0 1 3 7 15

Trang 35

CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ

 Định luật khí lý tưởng: Biểu diễn mối liên hệ giữa áp

suất, thể tích và nhiệt độ Khi áp dụng các định luật này chúng ta chỉ sử dụng áp suất và nhiệt độ tuyệt đối.

Trang 36

ĐẲNG NHIỆT Định luật Boyle-:

Tích của áp suất tuyệt đối và thể tích của khối khí luôn là hằng số nếu nhiệt độ của khí không thay đổi.

Biểu đồ đẳng nhiệt

Trang 37

6 8

bar

10 12 14 16

P1 P2 T1(K) T2 = (K)= c

6 8

bar

10 12 14 16

P1 P2 T1(K) T2 = (K)= c

6 8

bar

10 12 14 16

P1 P2 T1(K) T2 = (K)= c

6 8

bar

10 12 14 16

P1 P2 T1(K) T2 = (K)= c

Charles chúng ta có thể nhận thấy rằng nếu thể tích của một khối khí được giữ ở một giá trị không đổi thì áp suất sẽ tỷ lệ với

nhiệt độ tuyệt đối 0K

suất tuyệt đối của khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó (thể tích khí không đổi V = const).

Trang 38

V1 V2 T1(K) T2 = (K)= c

Biểu đồ đẳng áp

ĐẲNG ÁP Định luật Charles: Với một khối

khí ở áp suất không đổi thì thể tích sẽ tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối.

Như vậy theo định luật Charles: Thể tích của khí trong bình chứa sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (áp suất không thay đổi )

Trang 39

ĐỊNH LUẬT KHÍ TỔNG QUÁT

Định luật khí tổng quát là sự kết hợp giữa các định luật Boyle và Charles với áp suất, thể tích và nhiệt độ có thể thay đổi giữa các trạng thái khí và chúng có mối liên hệ với giá trị hằng số.

Biểu đồ biểu diễn

định luật khí tổng quát

8 10 12 14 16

2 4 6 8 10 12 14 16 0

Trang 40

CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHÍ NÉN

Sơ đồ cấu tạo chức năng của hệ thống

điều khiển khí nén- điện

ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu chấp hành)

PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu tác động - Output )

PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU

- Động cơ khí nén

- Van đảo chiều

- Phần tử chuyển đổi

- Van chân không

- Van đảo chiều

- Van chắn (OR , AND, xả

khí nhanh)

- Van tiết lưu ,

- Van thời gian, bộ đếm

- F- Fkhí nén, CPU khí

nén

Nút nhấn, công tắc, công

tắc hành trình, cảm biến,

lưu chương trình

NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

NGUỒN NĂNG

LƯỢNG KHÍ NÉN

- Động cơ điện

- Solenoid

- Động cơ tịnh tiến

- Công tắc tơ công suất

- Transistor công suất

- Thyristor công suất

- Công tắc tơ

Trang 41

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN

ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN

u dựa trên thông tin của dòng

Đều dựa trên thông tin của dòng

khí nén để thực hiện các chuyển

động thích hợp theo yêu cầu.

Các loại mạch điều khiển hành trình:

• Mạch điều khiển tuần tự.

• Mạch điều khiển theo tầng.

• Mạch điều khiển theo nhịp.

A

0.1

R

B A

P S

Phần tử đưa tín hiệu

A

1.1 1.2 A

R P R

P

R P

0.2

1.3

1.4 1.5

Nguồn khí

Van khoá Bộ phận lọc

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

Trang 42

ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN

Các loại mạch điều khiển hành trình:

• Mạch điều khiển tuần tự.

• Mạch điều khiển theo tầng.

• Mạch điều khiển theo nhịp.

• Sử dụng các van điện từ (solenoid)để điều khiển chuyển động của

các cơ cấu chấp hành bằng khí nén

• Cơ sở thiết kế mạch điều khiển hành trình là vị trí các phần tử

đưa tín hiệu vào

(công tắc, cảm biến )

S1 S2

Y1

R

B A

P S

Xy lanh A Xy lanh B S3 S4

Y2

R

B A

P S

S2 K2 S3 S4 K1 K2 +24V

0V

Trang 43

Sơ đồ mạch điều khiển khí nén

Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén

Cơ cấu chấp hành Phần tử điều khiển

Nhận tín hiệu

& xử lý tín hiệu

van điện từ (solenoid)

phần tử đưa tín hiệu vào (công tắc, cảm biến )

K2 S4

S5 S6

Y6 Y5

R

B A

P S

Xy lanh nâng C S1 S2

Y2 Y1

R

B A

P S

Tay kẹp D

Y8

Trang 44

Nguyên lý hệ điều khiển chương trình cĩ nhớ PLC: PLC kết hợp những phương thức điều khiển sau:

ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC

01

06

04 04 03

06 04 04 03 02

P S

Y2

R

B A

P S

Trang 45

 Hệ thống bằng rơle được

thay thế bằng các IC số với kích thước nhỏ hơn và giá thành rẻ Các IC số là

những mạch tích hợp với các cổng logic để thực hiện các chức năng của hệ

thống điều khiển

ĐIỀU KHIỂN BẰNG IC SỐ

Trang 46

Nguyên lý hệ điều khiển chương trình cĩ nhớ PLC: PLC kết hợp những phương thức điều khiển sau:

ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC

01

06

04 04 03

06 04 04 03 02

P S

Y2

R

B A

P S

Trang 47

 Hệ thống máy tính ghép nối với các hệ thống điều khiển cĩ độ

chính xác cao, thời gian điều khiển và đáp ứng ngắn và dễ dàng trong việc thu thập và xử lý dữ liệu

lập trình nào đĩ với các dữ liệu và dữ kiện đề ra

ĐIỀU KHIỂN BẰNG MAY TÍNH

8 7 6 5 4 3 2 1 9

Rơle

5V

Giao tiếp qua RS 232 hoặc

cổng máy in của máy tính

8 7 6 5 4 3 2 1 9

Rơle

5V

Giao tiếp qua RS232 hoặc

cổng máy in của máy tính

ULN2803

Trang 48

CHƯƠNG II:

HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ VÀ

XỬ LÝ KHÍ NÉN

Trang 49

PHÂN LOẠI MÁY NÉN KHÍ

Trang 50

MÁY NÉN KHÍ KIỂU PISTON

Trang 51

MÁY NÉN KHÍ KIỂU CÁNH GẠT (Rotary Compressors)

Trang 52

MÁY NÉN KHÍ KIỂU CÁNH GẠT (tt) (Rotary Compressors)

Trang 53

MÁY NÉN KHÍ KIỂU TRỤC VÍT

Trang 54

PHÂN PHỐI KHÍ NÉN

Trang 55

PHÂN PHỐI KHÍ NÉN (tt)

1 Bình nhận và trích chứa khí nén

Trang 56

2 Đường ống

Trang 57

2 Đường ống (tt)

Trang 58

2 Đường ống (tt)

Áp suất 7 bar

Chiều dài ống 200 mm

Lưu lượng 10 m 3 / phút

Tổn thất áp suất 0,1 bar

Đường kính ống dẫn 70

mm

Trang 59

3 Xử lý khí nén (Bộ lọc)

Trang 60

4 Thiết bị bôi trơn

Trang 61

5 Bộ điều chỉnh áp suất

Trang 62

6 Sấy khô bằng chất làm lạnh

Trang 63

7 Sấy khô bằng hấp thụ

Trang 65

Xin chân thành cảm ơn!

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	7,72 MB