SKKN: Biên soạn giáo trình giảng dạy thực hành môn học Điều khiển khí nén và điện khí nén

Ngày nay, điều khiển bằng khí nén được sử dụng rộng rãi và phổ biến vì khí nén là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, không gây nguy hiểm cho người vận hành … Việc trang

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH GIẢNG DẠY THỰC HÀNH MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN

KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Tôi là một giáo viên giảng dạy bộ môn điện công ngiệp cho học sinh trung cấp nghề tại trung tâm Kỹ thuật tổng hợp – Hướng nghiệp Đồng Nai Như chúng ta đã biết trong các nhà máy, xí nghiệp luôn có các dây chuyền điều khiển tự động để phục vụ cho việc sản xuất đạt hiệu suất cao Do đó, trong chương trình đào tạo ngành điện công nghiệp việc trang bị kiến thức cho học sinh về lĩnh vực điều khiển tự động là một việc không thể thiếu và đặc biệt quan trọng nhằm giúp cho các em sau khi tốt nghiệp có khả năng tiếp cận tốt nhất các hệ thống dây chuyền điều khiển tự động để có thể lắp ráp, vận hành, bảo trì các hệ thống một cách thành thạo

Ngày nay, điều khiển bằng khí nén được sử dụng rộng rãi và phổ biến

vì khí nén là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, không gây nguy hiểm cho người vận hành … Việc trang bị cho học sinh các kiến thức về nguyên lý làm việc của các phần tử trong hệ thống điều khiển điện khí nén cũng như cách thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa một hệ thống điều khiển khí nén là không thể thiếu Muốn giảng dạy được tốt, cần phải có giáo trình giảng dạy gắn liền với thực tế, không chỉ lý thuyết suông, xa rời thực tế mà phải có những bài tập thực hành, cũng như trang thiết bị để học sinh, sinh viên có thể tiếp thu nhanh, đồng thời có thể rèn luyện kỹ năng của mình

Trên thị trường có rất nhiều giáo trình, sách kỹ thuật viết về điều khiển bằng khí nén, nhưng hầu hết chỉ là lý thuyết, trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống, cách thiết kế hệ thống …Trong khi đối tượng giảng dạy tại trung tâm là học sinh trung cấp nghề cần trang bị kỹ năng thực hành là chính Tài liệu giảng dạy cần phải có các bài tập chuyên về thực hành để học sinh qua đó có thể học được cách thiết kế một hệ thống điều khiển thực

tế cũng như rèn luyện được kỹ năng lắp đặt hệ thống điều khiển bằng khí nén Đứng trước thực trạng trên tôi đã biên soạn tài liệu chuyên giảng dạy

phần thực hành môn học này cho học sinh tại trung tâm

II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 Cơ sở lý luận

- Như đã nói ở trên, hiện nay các giáo trình, tài liệu dùng trong giảng dạy môn học điều khiển điện khí nén hầu hết chỉ là lý thuyết, rất ít tài liệu nói về các bài thực hành Có chăng cũng chỉ một vài ví dụ minh họa nên khi giảng dạy giáo viên phải vẽ thêm các bài thực hành để học sinh có thể tiến hành thực tập Do đó nếu không có một tài liệu hướng dẫn thực hành thống nhất thì giáo viên giảng dạy sẽ gặp nhiều khó khăn đồng thời khả năng tiếp thu của học sinh theo đó cũng sẽ rất yếu Vì thế việc cung cấp tài liệu có các bài thực hành gắn liền với các yêu cầu thực tế để từ đó các em có thể lắp đặt vận hành nhằm hình thành kỹ năng chuyên môn là một việc hết sức quan trọng

- Trước đây khi giảng dạy môn học điều khiển điện khí nén, ở phần thực hành, giáo viên chỉ đưa ra các bài tập, sau đó vẽ mạch điện lên bảng cho học sinh Học sinh căn cứ vào mạch đã vẽ để lắp ráp và vận hành Nếu mạch có sai xót thì khi vận hành mới có thể phát hiện để sửa chữa Việc làm trên dẫn đến việc học tập gặp rất nhiều khó khăn Khi có giáo trình này, giáo viên sẽ căn cứ vào các bài tập đã được thiết kế, vẽ sẵn để giải thích nguyên lý làm việc của mạch Học sinh sau khi nghe giảng giải nguyên lý vận hành của mạch sẽ tiến hành lắp ráp theo mạch điện để rèn luyện kỹ năng lắp đặt cũng như kỹ năng sửa chữa nếu mạch có xảy ra sự cố, từ đó giúp các em hình thành các kỹ năng của bộ môn Song song với việc lắp đặt theo các bài thực hành trong giáo trình này, giáo viên cũng có thể hướng dẫn học sinh mô phỏng mạch điện trên máy tính để mô phỏng hoạt động của mạch cũng như rèn luyện kỹ năng thiết kế mạch điều khiển của học sinh

- Giáo trình tôi biên soạn chủ yếu là các bài tập thực hành gắn liền với những trang thiết bị hiện có tại trung tâm, chỉ đề cập đến những vấn đề chính, cô đọng về lý thuyết để học sinh trung cấp nghề có thể tiếp thu nhanh nhất, dễ hiểu, dễ làm theo không đi quá chuyên sâu về tính toán thiết kế, vì đại đa số học sinh học nghề thường không có khả năng tốt về việc suy luận ,

tư duy logic như sinh viên cao đẳng, đại học Thông qua giáo trình này giúp cho giáo viên gặp nhiều thuận lợi trong khi giảng dạy Nội dung giảng dạy được thống nhất theo chương trình khung đào tạo của Bộ Lao động đồng thời giúp cho các em học sinh củng cố, nắm vững phần lý thuyết đã được học trong chương trình, rèn luyện được kỹ năng lắp ráp mạch cũng như phát hiện sự cố và khắc phục một cách tốt nhất Việc đưa giáo trình này vào giảng dạy sẽ tăng thêm phần hứng thú học tập ở học sinh đồng thời các em còn tiếp cận được thực tiễn để sau khi tốt nghiệp ra trường các em có thể thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa được các hệ thống điều khiển bằng khí nén tại các công ty mà các em công tác

2 Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài :

CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM VỀ KHÍ NÉN

I / SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT KHÍ NÉN :

Như chúng ta đã biết không khí nén là một dạng năng lượng cũ mà con người đã sử dụng để thay thế cho các lực cơ học

Từ hàng ngàn năm trước, không khí đã nén tới mức có thể chảy được

Nó còn là một trong bốn phần tử cơ bản đươc thừa nhận bởi người xưa, người ta sử dụng chúng một cách có ý thức hoặc vô ý thức

Một trong những bước đầu tiên là sự hiểu biết của chúng ta về ứng

được để công tác.Một người Hy lạp tên là Ktesibios , cách đây hơn 2000 năm , đã tạo ra máy bắn đá đầu tiên bằng khí nén Một trong những cuốn sách đầu tiên đã ghi lại việc sử dụng không khí như một nguồn năng lượng

vào ngày đầu tiên của công nguyên Nó đã mô tả lại các các bộ phận điều khiểnn bằng khồng khí nóng

Sự hiểu biết của nhân loại về khoa học khí nén từ những thế kỷ đầu, song phải chờ đến thế kỹ này mới được chúng ta nghiên cứu có hệ thống

Từ đó kỹ thuật khí nén đã thực sự đi vào các ngành công nghiệp

Điều đáng quan tâm là không khí nén được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quan trọng ví dụ như: trong công nghiệp khai thác quặng mỏ, đường sắt, dệt và các ngành công nghiệp thực phẩm …

Ngày nay không khí nén được dùng rộng rãi trong các nhà máy hiện đại được bố trí thành hệ thống nguồn cung cấp như hệ thống điện

II / NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA KHÔNG KHÍ NÉN LÀ:

Các đặc trưng cơ bản của không khí nén:

 Về số lượng: không khí có ở khắp nơi nên có thể nén với số lượng vô hạn

 Về vận chuyển: không khí nén có thể vận chuyển trong các đường ống, với một khoảng cách nhất định Các đường ống dẫn về thì không cần

 Về lưu trữ: máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục Khí nén có thể được lưu trữ trong các bình chứa, được lắp nối trong các hệ thống ống dẫn để cung cấp cho sử dụng khi cần thiết

 Về nhiệt độ: không khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ

 Về chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy nổ bởi khí nén, nên không tốn chi phí phòng cháy Hoạt động với áp suất khoảng 6 bar nên phòng nổ không quá phức tạp

 Về tính sạch sẽ: khí nén thì trong sạch ngay cả trong trường hợp là dòng chảy trong các đường ống hay là trong các thiết bị, không một nguy

cơ gây bẩn nào được quan tâm đến Tính chất này rất cần thiết trong các ngành công nghiệp chuyên biệt như công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản và thuộc da…

 Về cấu tạo trang thiết bị: đơn giản nên rẻ tiền

 Về tốc độ: không khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn, cho phép đạt được tốc độ cao ( vận tốc các xi lanh làm việc thường từ 1-2 m/s, cá biệt

Không khí ở xung quanh ta có áp suất thay đổi, nó phụ thuộc vào:

 Độ cao so với mực nước biển

 Vị trí địa lí

 Khí tượng

Chúng ta có thể phân loại các loại áp suất sau:

 Áp suất khí trời: là áp suất không khí xung quanh ta, áp suất này bằng

1013 bar ở mực nước biển, 0 độ và vĩ tuyến 45 độ

 Áp suất chân không: nếu khí quyển biến mất chung quanh quả đất, áp suất không còn nữa ta có chân không tuyệt đối Áp suất được biểu diễn với chân không tuyệt đối gọi là áp suất tuyệt đối

 Áp suất dư: là áp suất đọc được so với áp suất khí quyển

 Không khí dùng trong công nghiệp lúc đầu là không khí ở áp suất khí trời, được tăng lên một áp suất cao gọi là áp suất tương đối hay còn gọi là

áp suất dư ( áp suất đo )

IV / KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN :

1 / Trong lĩnh vực điều khiển:

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực có khả năng nguy hiểm nhiều nhất như: cháy, nổ …,ví dụ như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá, kẹp chi tiết, plastic, hoặc được sử dụng trong những lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất

 Truyền động thẳng: được sử dụng trong các đồ gá kẹp chặt, các thiết

bị đóng gói, máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong các hệ thống phanh hãm của ô tô

 Trong các hệ thống đo và kiểm tra: trong các hệ thống vận chuyển xi măng

V / ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN :

1/ƯU ĐIỂM :

Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, do vậy khả năng tích chứa áp suất nén một cách thuận lợi Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm tích chúa khí nén

 Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít

 Đường dẫn khí ra (khí thải) không cần thiết

 Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén

 Hệ thống phòng ngừa quá tải áp suất giới hạn được bảo đảm

2/NHƯỢC ĐIỂM :

 Lực truyền tải trọng nhỏ

 Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, do đó không thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặc quay đều

 Khí thoát gây tiếng ồn

CHƯƠNG II : CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN I.KHÁI NIỆM:

Một hệ thống điều khiển bao gồm các phần tử sau:

Nguồn: đây là nguồn khí nén với áp xuất làm việc ( 6 đến 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: công tắc hành trình, nút nhấn, cảm biến…

 Phần tử xử lý tín hiệu: tín hiệu vào được xử lý theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển như: vay tiếp lưu, van logic OR hoặc AND

 Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đội trạng thái cửa cơ cấu chấp hành như: van đạo chiều, ly hợp

 Cơ cấu chấp hành: làm thay đội trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển như: xylanh, động cơ

II VAN ĐẢO CHIỀU:

Đại lượng vào Lưu lượng Áp suất

Phần tử đưa tín hiệu Phần tử xử lý tín hiệu Phần tử điều khiển

Cơ cấu chấp hành Đối tượng điều

Bộ phận lọc

Van khóa

1(P) 3(R) 12

bằng cách đóng mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đội hướng của

2/Van đảo chiều không duy trì 3/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều không duy trì

3/2 như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn tư cửa P sẽ bị

chặn lại nơi ký hiệu T, khi có tín hiệu đường điều khiển

12, thì nòng van sẽ dịch chuyển sang phải và nguồn tư

cửa P sẽ di chuyển theo chiều mũi tên đi lên đường A và khi tìn

hiệu ở đường điều khiển 12 mất, thì do áp lực cửa lò xo nòng

van sẽ tự di chuyển sang trái, lúc này nguồn từ cửa P sẽ thôi cấp

tín hiệu

3/Van đảo chiều không duy trỉ 5/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều không duy

trì 5/2 như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P

sẽ đi theo chiều mũi tên lên cửa A, khi đường điều

khiển 14 có tín hiệu thì nòng van sẽ dịch chuyển sang

phải và nguồn từ cửa P sẽ dịch chuyển theo chiều mũi tên và lên

cửa B, khi tín hiệu ở đương 14 mất thi do áp lực của lò xo nòng

van sẽ tự dịch chuyển sang trái, lúc này nguồn từ cửa P sẽ di

chuyển theo chiều mũi tên đi lên cửa A

4/Van đảo chiều duy trì 3/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều duy trì 3/2

như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P sẽ bị

4(A) 2(B)

5(R) 1(P) 3(S) 14

2(A)

chặn lại nơi cửa ký hiệu T , khi có tín hiệu ở đường điều khiển

12, nòng van sẽ dịch chuyển sang phải và nguồn từ cửa P sẽ di

chuyển theo chiều mũi tên đi lên đường A, và khi tín hiệu ở

đường điều khiển 12 mất, nòng van không tử di chuyển về vị trí

ban đầu được, nếu muốn thay đội trạng thái thì đồng thời tín

hiệu ở đường điều khiện 10 phải có và tín hiệu ở đường 12 phải

mất đi, nòng van sẽ bị tác động và di chuyển sang trái, lúc này

nguồn từ cửa P sẽ thôi cấp tín hiệu

Lưu ý: do hai đầu của van đảo chiều đều có đường tín hiệu

vào, do đó người ta quy ước rằng vị trí khởi đầu của van đảo

chiều duy trì là vị trí ở ô vuông phía bên phải

5/Van đảo chiều duy trì 5/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều duy trì 5/2

như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P sẽ di

chuyển theo chiều mũi tên đi lên cửa A, khi có tín

hiệu ở đường điều khiển 14, nòng van sẽ dịch

chuyển sang phải và nguồn từ cửa P sẽ di chuyển thiều mũi tên

đi lên đường B, và khi tín hiệu ở đường 14 mất, nòng van không

tự dịch chuyển về vị trí ban đầu được, nếu muốn thay đổi trạng

thái thì đồng thời tín hiệu ở đường điều khiển 12 phải có và tín

hiệu ở đường 14 phải mất đi, nòng van sẽ tự tác động và di

chuyển sang trái, lúc này nguồn cửa P sẽ di chuyển lên cửa A

Lưu ý: do hai đầu của van đảo chiều đều chó đường tin hiệu

vào, do đó người ta quy ước rằng vị trí khởi đầu cửa van đảo

chiều duy trì là vị trí ô vuông phía bên phải

III CƠ CẤU CHẤP HÀNH:

1/Xy lanh tác dộng một phía :

Xy lanh tác động một phía được

cung cấp khí nén bởi một phía duy

nhất.Như vậy nó chỉ có thể cho hành

trình làm việc ở một chiều duy nhất

hành trình ngược lai của piston được

thực hiện bởi lò xo hoặc lực ngoài

Cho nên khí nén chỉ cần thiết cho

việc duy chuyển ở một chiều duy nhất sự xác định kích thước lò

xo tùy thuộc kiểu có thể đưa piston đi (hay về) vị trí khởi động

một cách nhanh chóng

Trong xylanh tác động một phía phản hồi bằng lò xo, hành trình là một hàm theo độ dài của lò xo Thường trong xylanh tác

động một phía hành trình không vượt quá 100 mm

Như thế chỉ sử dụng chúng giới hạn trong những công việc đơn

giản như: siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào các chi tiết, các

chuyển động

 XY LANH KIỂU PISTON :

4(A) 2(B)

5(R) 1(P) 3(S)

Độ kín được đảm bảo bởi vật liệu nhựa dẻo hoặc vật liệu mềm được lắp vào trong piston bằng kim loại chuyển động ở mép piston là chuyển động trượt kín trong bề mặt hình trụ của xy lanh

Điều thứ hai cần trình bày đó là loại xy lanh có lò xo thực hiện

có hành trình ngược thường trong trường hợp này người ta sử dụng năng lượng khí nén để dừng, hãm (sự hãm trong các xe tải

xe hơi, toa xe và nó đảm bảo một cách chắc chắn)

2/ XY LANH TÁC ĐỘNG HAI PHÍA:

Xy lanh trong trường hợp này lực tác dụng bởi khí nén kích thích lên piston một chuyển động về một phía Một lực tác động tương tự làm di chuyển một hành trình ngược

Xy lanh tác dộng hai phía trong trường hợp đòi hỏi cần thực hiện hai chiều có điều kiện độ kín giữa xy lanh và piston được bảo đảm bởi các đệm ở mép của piston hoặc của màng

 XY LANH CÓ GIẢM CHẤN Ở CUỐI HÀNH

TRÌNH :

Ở đây khối dẫn hướng đóng vai trò quan trọng để tránh sự va đập và dẫn tới sự hư hỏng của các trang thiết bị trong xy lanh, người ta làm một hệ thống giảm chấn điều chỉnh được ở cuối hành trình của xy lanh Hệ thống này cần được thiết lập vì piston cần được giảm chấn một cách đáng kể ở hành trình Nó có một đường thoát khí với tiết diện nhỏ có thể điều chỉnh tạo nên hiệu ứng giảm chấn

Khí được tích trữ trong phần cuối buồng chứa của xy lanh sau mỗi lần nén Lúc bấy giờ áp suất dư phát sinh thoát qua van tiết lưu và hiệu ứng giảm chấn bắt đầu (do chảy qua tiết diện nhỏ)

Sự nén khí qua đường này bổ sung thêm cho việc hấp thu một phần năng lượng, piston hãm chuyển động và đi tới chậm dần cho tới vị trí cuối của hành trình Ở lần đảo chiều chuyển động

của sự di chuyển piston, khí đi vào một cách tự do trong buồng

xy lanh và đi ngang qua van một chiều

 CÁC KIỂU GIẢM CHẤN KHÁC :

 Giảm chấn không điều chỉnh được ở hai phía

 Giảm chấn không điều chỉnh ở một phía

 Giảm chấn có điều chỉnh ở một phía

IV CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH:

Chức năng của công tắc hành trình là cung cấp tín hiệu cơ cấu

(như xy lanh) đạt đến vị trí của hành trình đã định sẵn, để điều

khiển như đảo chiều chuyển động, điều chỉnh tốc độ, điều khiển

các bộ phận khác ,vvv…

1/CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH TÁC ĐỘNG HAI CHIỀU:

 Nguyên Lý Làm Việc :

Công tắc hành trình 3/2 được nối liền với nguồn cung cấp khi

qua cửa P

Khi con lăn bị tác động khí nén tràn về phía màn đẩy con trượt

đi xuống làm đóng đường dẫn khí giữa A và R và mở đường nối

P tới A

Khi con lăn không còn bị tác động nữa thì đường dẫn khí nén

tới màng bị đóng, khí sẽ đi từ cửa A đến thoát ra ở cửa R

Bằng cách đổi chỗ các nhánh P,R và quay cần gạt con lăn đi

một góc 180 độ Chúng ta sẽ đổi được van hành trình này :

thường đóng hay thường mở

2

2

2/CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH TÁC ĐỘNG MỘT

CHIỀU:

Trong những mạch ở trường hợp có sự trùng tín hiệu như một van đảo chiều tác động lần lượt hai phía, thì đối với công tắc hành trình tác động hai chiều thì không sử dụng, trong trường hợp này thì phải sử dụng công tắc hành trình tác động một chiều

Lưu ý: khi sử dụng công tắc hành trình tác động một chiều,trong sơ đồ mạch cần phải vẽ chiều mũi tên mà cơ cấu chấp hành tác động ở phía nào

V VAN TIẾT LƯU:

Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành Nguyên

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

Van có tác dụng điều chỉnh, tiết lưu dòng chảy đi qua, tác động trên cả hai chiều của dòng khí

 Van tiết lưu có mặt cắt không đổi :

 Van tiết lưu bằng mặt cắt : ở van này có độ dài

của sự tiết lưu cao hơn đường kính tiết lưu

 Van có màng ngăn : ở van này có độ dài của

sự tiết lưu ngắn hơn đường kính tiết lưu

 Van tiết lưu có chỗ co hẹp thay đổi :

 Van tiết lưu có mặt cắt điều chỉnh được

 Van tiết lưu bằng mặt cắt (dòng chảy) được điều khiển bằng

cơ khí có một phản hồi bằng lò xo

Van này tiện dụng khi lắp van tiết lưu bằng mặt cắt trực tiếp lên xy lanh

1/VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU:

Van này thường được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của những xy lanh khí nén

Van tiết lưu một chiều có thể lắp trực tiếp lên xy lanh khí nén Người ta phân biệt thành hai kiểu chính để điều chỉnh xy lanh tác dụng một phía bởi sự giảm lưu lượng khí Theo chiều đóng của van một chiều dòng khí chỉ có thể đi qua tiết diện tiết lưu theo chiều ngược lại, dòng khí có thể di chuyển tự do qua

van một chiều như vậy dòng khí chỉ bị tiết lưu ở một chiều của dòng chảy

 TIẾT LƯU ĐƯỜNG CUNG CẤP (TIẾT LƯU SƠ

CẤP)

Trong trường hợp tiết lưu đường cung cấp (đường vào), van tiết lưu một chiều được lắp ở đường vào và hạn chế lượng khí cung cấp cho xy lanh Trong khi đó khí có thể thoát ra từ xy lanh một cách tự do nhờ van một chiều tiết lưu đường cung cấp được

sử dụng trong các xy lanh tác động đơn giản và thể tích nhỏ

Ngược lại trong trường hợp tiết lưu đường ra, khí nén cung cấp

tự do cho xy lanh và bị thiết lưu ở đường ra Thông thường trong

hệ thống khí nén để điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành người ta sử dụng phương pháp tiết lưu đường ra

2.VAN TIẾT LƯU HAI CHIỀU :

Van tiết lưu hai chiều thực hiện việc tiết lưu cả hai chiều, dòng khí nén đi từ P về A và ngược lại tiết diện thay đổi bởi vít điều chỉnh

VI VAN THOÁT NHANH:

Van thoát khí nhanh là thiết bị phụ để tăng tốc độ của piston Như vậy người ta tránh được sự mất thời gian ở hành trình ngược (chạy không), nhất là những xy lanh tác động một phía Van này bao gổm một đường ống dẫn áp suất P, một đường thoát R và một đường ra A khi có áp suất và ở P, đệm dỉa che đường thoát R, khí nén đi qua A khi áp suất bị ngắt ở nơi P, khí đến từ A tác động lên dỉa đệm cản lại đường đến từ P, cửa P đóng kín Đường ra của khí có thể thoát trực tiếp theo chiều ra ngoài khí trời vì thế đường ra của khí không cần đi qua một quảng đường dài và không qua ống dẫn điều khiển dẫn đến cơ cấu phân phối van thoát khí nhanh có thể lắp trên xy lanh

VII VAN LOGIC:

1.Van OR:

Người ta có thể gọi van loại này là van “hoặc” chế độ làm việc của van loại này gồm hai cửa vào X, Y và một cửa ra A duy nhất khi khí nén đến cửa vào X thì bị duy chuyển đến đóng cửa

Y, khí đi từ X đến A Ngược lại khi khí đến bằng cửa Y nó sẽ di chuyển đến A và cửa vào X sẽ được đóng kín lại lúc dòng ngược về thì viên bi vẫn còn như ở vị trí trước của nó

VIII.VAN AND:

Người ta gọi là van “Và”, loại này có hai đường vào X, Y và

có một đường ra duy nhất A Chỉ có tín hiệu khí nén ở cửa A khi

cả hai tín hiệu vào cùng tồn tại,một tín hiệu vào X hoặc vào Y sẽ che kín đường dẫn lên cửa A bởi một lực tác động đến lõi phía trong van Khi tín hiệu thứ nhất vào thì không có sự đi qua đến tín hiệu kia vào ở đường kia thì lúc này mới có sự đi qua ở đường ra A trong trường hợp áp suất khác nhau ở các đường tín hiệu vào thì áp xuất nào lớn hơn sẽ dóng kín cửa van, còn áp

xuất nào nhỏ hơn thì sẽ di chuyển sang A

Thiết bị này chủ yếu sử dụng trong các mạch logic, mạch an toàn để thực hiện chứa năng điều khiển và mối liên hệ logic

IX VAN ÁP SUẤT:

Nguyên tắc hoạt độngcủa van tràn tương tự như van an toàn nhưng khác là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định, thì

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

X.RƠLE THỜI GIAN:

Thiết bị này là sử tổng hợp của van 3/2 điều khiển bằng khí nén van tiết lưu một chiều là một bình chứa khí nhỏ

1.rơle thời gian thường đóng ( bộ phận làm trễ thường đóng

):

Nguồn khí cung cấp cho bộ phận làm trễ qua cửa P Dòng khí qua cửa điều khiển vào Z đi qua van tiết lưu một chiều tùy thuộc vào sự điều chỉnh của vít tiết lưu mà nó sẽ làm tăng thêm hoặc giảm lượng khí đi vào bình chứa nhỏ Khi áp suất điều khiển cần thiết đã được thiết lập trong bình chứa nó sẽ tác động đẩy con trượt đi xuống làm kín sự liên thông từ A đến R Lúc này bề mặt tựa của van được mở và khí có thể đi từ P qua A Khoảng thời gian cần thiết để thiết lập áp suất ở trong bình chứa khí có tác dụng làm chậm trễ sự điều khiển của van phân phối 3/2.Bộ làm trễ bắt đầu trở về vị trí của van ban đầu khi cửa điều kiện Z trở thành cửa thoát,khí sẽ thoát ra từ bình chứa một cách tự do quan van tiết lưu một chiều và đường thoát của van 3/2 lại có tín hiệu.Dưới tác dụng đàn hồi của lò xo đẩy con trượt đi lên đóng kín cửa P,nối liên thông từ A đến R

2 Rơ le thời gian thường mở (bộ phận làm trễ thường mở):

Giống như trên khi điều khiển đi vào cửa Z của bình chứa khi

áp suất điều khiển cần được thiết lập trong bình chứa khí, van 3/2 được chỉnh lưu đóng kín sự đi qua từ P đến A đường ống làm việc A được nôi với đường R sự chậm trễ tương ứng với sự thiết lập áp suất ở trong bình khí Khi ngắt nguồn khí điều khiển tác động vào cửa Z làm trễ bắt đầu lại ở vị tri

ban đầu

XI RƠLE ÁP SUẤT:

Thiết bị này là sự tổ hợp của một van phân phối 3/2 điều khiển bằng khí nén một van áp suất điều khiển từ bên ngoài

 Nguyên lý làm việc của rơle áp suất:

Khí nén vào cơ cấu phân phối qua ống nối P, khí điều khiển qua cửa vào Z, tùy vào sự điều chỉnh của độ nén khí lò xo thì áp suất đạt được sẽ đẩy van điều khiển 3/2 làm thông cửa A và dẫn khí từ B sang A

XII CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG KHÍ

NÉN:

Các ký hiệu tiêu chuẩn ( DIN ISO 1219 )

1.Biến đổi năng lượng:

một đường tiêu thụ không khí

cơ một đường tiêu thụ khí

p

A

P A

A

2 Điều chỉnh và điều khiển năng lượng:

a.các van điều khiển:

b.Các van:

c.Điều chỉnh áp suất:

 Bộ điều chỉnh áp suất có đường thoát ra chung quanh

d Điều chỉnh lưu lượng:

khiển bằng cơ phục hồi bằng lò xo

e Vòi khóa

f Các van điều chỉnh lưu lượng:

 Tiết lưu đường tới,đường về không tiết lưu

 Màng ngăn điều tiết lưu lượng thay đổi

được,đường về không tiết lưu

3.Chuyển tải năng lượng:

c Điều khiển bằng điện:

cuộn dây tác dụng

XIII CÁC KÝ HIỆU BIỂU DIỄN CÁC ĐẦU NỐI:

 10, 14, 12 đường điều khiển

Mối liên hệ giữa các cách biểu diễn:

ISO5599 Biểu diễn ký tự

2,4 A,B 3,5 R,S

12,14 Z

NGUYÊN TẮC TRÌNH BÀY SƠ ĐỒ MẠCH:

Để có thể đọc và hiểu các sơ đồ mạch trình bày trong bảng vẽ

cần nắm vững các khái niệm và quy ước sau

 Mạch điều khiển gồm nhiều thành phần khác nhau:

khiển

Thiết bị điều khiển: điều khiển các dòng tín hiệu khí nén

đến các cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành: nhận tín hiệu và chấp hành

Trong mạch điều khiển khi trình bày bằng sơ đồ, các xy lanh

thường được đánh số theo sơ đồ sau:

thì được ký hiệu 1.0 và van điều khiển xy lanh được đánh số 1.1

 Ký hiệu các thiết bị nguồn:

DIN ISO 1219 “Ký hiệu của các hệ thống và thiết bị lưu chất ”

thiết bị riêng lẻ hay như các thiết bị tổ hợp

đặc biệt như không bôi trơn hay lọc cực mịn thì phải sử dụng ký

hiệu đầy đủ Thông thương nếu nguồn cung cấp chung cho tất cả

các thiết bị sử dụng các thiết bị đơn giản

nhưng không nên thêm vào vì nó sẽ làm phức tạp sơ đồ

 Ký hiệu các van điều khiển:

khiển và số vị trì Để mô tả đầy đủ các chức năng, thông tin khác

như phương pháp tác động và thông số về các đường đi đặc biệt

được thêm vào

Việc thể hiện các cửa rất quan trọng khi giải thích sơ đồ khi lắp

van vào hệ thống

DIN ISO 5599 Trước kia người ta sử dụng hệ thống chữ cái,

nhưng hiện nay sử dụng cả hai hệ thống (chữ cái và số)

Mối quan hệ giữa chữ cái và số:

 Phương pháp điều khiển:

 Phương pháp điều khiển van khí nén tùy thuộc vào ứng

 Các ký hiệu phương pháp tác động được chi tiết hóa

theo tiêu chuẩn DIN ISO 1219 khi ứng dụng van điều khiển khí nén cần lưu ý cách tác động và phục hồi Các

ký hiệu của hai cách tác động được thể hiện bên cạnh các ô ký hiệu vị trí Có thể có thêm tác động trực tiếp bằng tay, được thể hiện bằng ký hiệu thêm vào

 Nguyên tắc thiết kế sơ đồ mạch:

 Mọi chi tiết phải được thể hiện trên sơ đồ mạch ở vị trí

ban đầu Nếu van được vẽ tương ứng với vị trí chấp

hành ban đầu thì nó phải được thể hiện, ví dụ như bằng một mũi tên, hay là trong trường hợp van giới hạn hành trình thì được thể hiện bằng cam (trạng thái đang tác động)

 Hệ thống số của các thiết bị tùy thuộc vào số của nhóm công tác (như trong ví dụ dưới đây ) và theo các tiêu chuẩn sau:

 Xy lanh 1.0 2.0 3.0

 Van tiết lưu 1.01 2.01 3.01

CHƯƠNG III : PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH

o Biểu đồ trạng thái (sơ đồ hành trình bước) :

Trong biểu đồ trạng thái, người ta biểu diễn các phần tử trong mạch , mối liên hệ giữa các phần tử trong mạch và trình tự chuyển mạch trong phần tử

Trục toạ độ thẳng đúng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, góc quay, thời gian…).Hành trình làm việc được chia thành các bước Sự thay đổi trạng thái trong các bước được biểu diễn bằng nét liền đậm

Để vẽ được sơ đồ hành trình bước , ta lần lượt thực hiện theo các bước sau:

 Vẽ một mắc lưới bằng các nét liền mãnh gồm có m cột dọc và n hàng ngang Với m (số cột dọc bằng số bước) thực hiện các chuyển đổi của trạng thái các phần tử cơ cấu chấp hành xy lanh ; với n là số hàng ngang chính là số công tắc hành trình , sensor định vị khoảng dịch của các cơ cấu chấp hành

 Vẽ các nét liền đậm mô tả sự thay đổi trạng thái của các xylanh trong

hệ thống

Để thiết kế một hệ thống điều khiển bằng khí nén , người ta có thể

sử dụng một trong ba phương pháp sau đây : phương pháp thiết kế kiểu tuần tự, thiết kế theo tầng điều khiển và phương pháp thiết kế theo nhịp

I / PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO KIỂU TUẦN TỰ :

Phương pháp này cụm điều khiển chỉ có một nguồn duy nhất Dựa vào

sơ đồ hành trình bước sau mỗi bước cơ cấu chấp hành sẽ tác động vào công tắc hành trình Tín hiệu này sẽ tác động vào các van điện từ sẽ đảo chiều tương ứng để thay đổi trang thái của cơ cấu chấp hành Cứ như thế quá trình được thực hiện cho đến cuối chu trình

Trình tự thực hiện:

 Từ sơ đồ hành trình bước , ta xác định số lượng và vị trí các công tắc hành trình hoặc cảm biến tương ứng Thông thường ta ký hiệu các công tắc hành trình nào ở bên trong thì nhận giá trị lẻ ví dụ như S1 , S3 , S5 , S7…Còn công tắc hành trình ở phía ngoài thì nhận giá trị chẳn ví dụ như S2 , S4 , S6 , S8…Các van điện từ được sử dụng có thế có duy trì hoặc không có duy trì

 Vẽ các cơ cấu chấp hành, các van đảo chiều

1 3 S1

 Vẽ tín hiệu vào (nút nhấn, công tắc), khi có tín hiệu vào sẽ làm cho

cơ cấu chấp hành (xilanh) dịch chuyển Đến cuối hành trình dịch

chuyển sẽ tác động vào các công tắc hình trình hoặc sensor tương

ứng để sinh ra tính hiệu tiếp theo Cứ tiếp tục như vậy ta tiến hành

cho các bước dịch chuyển tiếp theo như hành trình bước của hệ

thống

 Kiểm tra hiệu chỉnh

CÁC BÀI THỰC TẬP THIẾT KẾ MẠCH THEO KIỂU TRÌNH

TỰ : 1/ CÁC BÀI TẬP KHÍ NÉN :

Bài 1 : Những chi tiết cần chuyển sang một dây chuyền khác bằng cách nhấn

một nút nhấn, xi lanh đi ra và thả nút nhấn xi lanh tự quay về.

Bài 2 : Các kiện hàng được di chuyển bởi băng tải và

hệ thống điều khiển như sau : Nhấn 1 nút nhấn xilanh tác

động 1 chiều đi vào nhanh để nhận hàng và sau khi kiện hàng

đã được di chuyển đi nơi khác đến cuối hành trình , xi lanh tự

đi ra chậm với thời gian 2 giây

Bài 3 : Để uốn một tấm thép phẳng 5 x

40 thành hình L bằng cách : Nhấn đồng thời

hai nút nhấn xilanh mang đầu dập di chuyển

nhanh đi ra và dập chi tiết theo hình dạng yêu

cầu Chỉ cần thả 1 trong hai nút nhấn xilanh

4 2

5 1 3

Bài 4 : Chi tiết cần được đóng nhãn hiệu bằng cách : Chi tiết được đặt vào cơ

cấu định vị, xilanh A đi ra sẽ đưa chi tiết vào đúng vị trí cần đóng, tiếp theo đó xilanh B

đi ra có mang đầu đóng và đóng xuống chi tiết,khi đóng dấu xong, xilanh A quay về, sau

đó xilanh B đi về

S1 S2

5 1 3

Bài 6 : Các chi tiết dạng trụ

sau khi gia công cần được kiểm tra

kích thước … được điều khiển bởi hệ

thống :

Nhấn một nút nhấn xilanh đi ra

với thời gian t 1 = 0,6 s đồng thời đẩy

chi tiết vào bộ phận kiểm tra , cuối

hành trình và chờ khoảng thời gian t 2 =

1s sau đó xilanh tự động trở về với tời

gian t 3 = 0,4 s

Chu trình được điều khiển tự

động và yêu cầu khi hết phôi để kiểm

tra thì chu trình tự dừng lại

Bài 7 : Một tấm nhựa cần được ép hai mép lại với nhau bằng hệ thống điều

khiển : Nhấn 1 nút nhấn xilanh mang đầu gia nhiệt đi ra chậm thực hiện ép nóng, lực tối

đa của đầu xilanh cho phép ở áp suất 4 bar ( với áp suất này tấm nhựa không bị hư, khi xilanh đến cuối hành trình và đạt áp suất P = 3 bar thì xilanh tự quay về kết thúc một chu trình

Tuy nhiên ở đây người ta muốn thực hiện chu trình tự động , nghĩa là sau khi thực hiện một chu trình, xilanh chờ một khoảng thời gian 2 giây sau đó tự động tiếp tục chu trình kế tiếp

S 1

S 2

S 3

4 2

5 1 3 1

1 2

2

1 3

S 2 2

1 3

S 3

2

1 3

S 1

2

1 3

lỏng được trộn với nhau bằng hệ thống

điều khiển sau :

Nhấn 1 nút nhấn xilanh lùi về để

mang chất lỏng vào bên trong, cuối hành

trình xilanh lại tự động đi ra, khi đi ra

khoảng ½ hành trình, tác động một công

tắc hành trình thì lại tự động lùi trở vào

Cứ như thế trong một khoảng thời gian là

5 giây xilanh sẽ đi hoàn toàn ra ngoài để

hoàn tất một chu trình

1 1 2

2

1 3 S4

lanh 2 đang thực hiện

đi ra mà áp suất vượt

quá mức áp suất cho

phép thì cả 2 xilanh

phải đồng thời lập tức

quay trở về

Bài 10 : Cơ cấu cấp

phôi tự động được điều khiển

bởi hệ thống sau : Chi tiết được

đưa từng cặp đến vị trí tiện tự

động Để thực hiện được việc

này phải sử dụng 2 xilanh

chuyển động ngược nhau Khi

nhấn nút xilanh A sẽ đi xuống

cuối hành trình đồng thời

xilanh B sẽ đi lên, lúc này chi

tiết được đua đến vị tri gia

công Sau 30 giây ( thời

gian gia công ) thì xilanh A đi

lên đồng thời xilanh B đi

xuống Quá trình có thể thực

hiện 1chu kỳ hoặc tự động chu

kỳ tiếp theo sau 1 khoảng thời

gian định trước

5 1 3

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3 Y2

S3 S4

K1 +24V

Y1 0V

K1 S2 K2 K2 S4

K4

K3 K2

5 1 3 Y2

K1

+24V

Y1 0V

6 7

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3 Y2

S3 S4

K1

Y1 0V

2 4

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3 Y2

S3 S4

K1

Y1 0V

K4 K1

AUTO

S1

3 5

Bài 5 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + A –

B – trong đó A dùng van 5/2 đơn và B dùng van 5/2 kép để điều khiển

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3

S3 S4

K1 +24V

Y1 0V

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3 Y2 Y3

S3 S4

K1 +24V

Y1 0V

Bài 6 : Tương tự như bài 5 nhưng có thêm nút tự động để lặp lại chu trình tiếp

theo

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3 Y2 Y3

S3 S4

K1 +24V

Y1 0V

K1 S2 K2 K3

K3

K2 Y2

K1

Y3 S4

5 1 3

K1 +24V

Y1 0V

K3

K2 Y2

K1

MAN

S3

Y3 S4

AUTO

S1

3 4 5

9 10

7

Bài 7 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + B –

A – trong đó A dùng van 5/2 đơn, B dùng van 5/2 kép để điều khiển

nhấn tự động để lặp lại chu trình tiếp theo

4 2

5 1 3

4 2

5 1 3 Y3

K1 +24V

Y1 0V

2 3

5 6

8 9

4 2

5 1 3 Y1 Y2

4 2

5 1 3 Y3

K1

+24V

Y1 0V

K1 S2 K2

AUTO

S3

3 4

6 7 8

9 10

Bài 9 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + A –

B – trong đó A dùng van 5/2 kép , B dùng van 5/2 đơn để điều khiển

Bài 10 : Tương tự như bài 9 nhưng có

thêm nút nhấn tự động để lặp lại chu trình tiếp theo