Giáo trình Hệ thống điều khiển điện - khí nén và thủy lực (Lưu hành nội bộ)

dựng, máy ép phun, máy y khoa, dây truyền chế biến thực phẩm...do những thiết bị này làm việc linh hoạt, điều khiển tối ƣu, đảm bảo chính xác, cơng suất lớn với kích thƣớc nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng ở những khơng gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện. Nhằm trang bị kiến thức để tiếp cận nhanh với các thiết bị của hệ thống điều khiển khí nén thủy lực trong thực tế. Bài giảng “Hệ thống điều khiển điện - khí nén và thủy lực” bao gồm 5 chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết về điều khiển điện - khí nén và thủy lực Chƣơng 2: Phần tử đƣa tín hiệu và xử lý tín hiệu trong điều khiển khí nén và thủy lực. Chƣơng 3: Các phần tử chấp hành trong hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực Chƣơng 4: Các phần tử điều chỉnh và điều khiển trong hệ thống khí nén và thủy lực Chƣơng 5: Phân tích và thiết kế mạch điều khiển khí nén và thủy lực Do thời gian và trình độ cĩ hạn nên bài giảng khơng tránh khỏi những thiếu sĩt nhất định. Chúng tơi luơn mong nhận đƣợc sự gĩp ý của bạn đọc để bài giảng đƣợc tái bản hồn thiện hơn trong những lần tiếp theo. Xin chân thành cảm ơn! Nhĩm biên soạn Phạm Văn Huy (chủ biên) Nguyễn Cao Cƣờng Nguyễn Đức Dƣơng 89 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1 MỤC LỤC ........................................................................................................................... 2 CHƢƠNG 1 ......................................................................................................................... 6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ................. 6 MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG .............................................................................................. 6 1.1. KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC .... 6 1.1.1. Hệ thống điều khiển ............................................................................................... 6 1.1.1. Các loại tín hiệu điều khiển ................................................................................... 7 1.1.2. Điều khiển vịng hở ............................................................................................... 7 1.1.3. Điều khiển vịng kín (hồi tiếp)............................................................................... 7 1.2. ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ..................................................................................................................... 8 1.2.1. Hệ thống khí nén ................................................................................................... 8 1.2.2. Hệ thống thủy lực .................................................................................................. 8 1.3. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC TRONG CƠNG NGHIỆP ........................................................................................................................... 9 1.3.1. Ứng dụng của hệ thống khí nén ............................................................................. 9 1.3.2. Ứng dụng của hệ thống thủy lực ......................................................................... 10 1.4. ĐƠN VỊ ĐO LƢỜNG CỦA CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ........................................................................................... 11 1.4.1Áp suất ........................................................................................... 11 1.4.2.Lực. ............................................................................................... 11 1.4.3.Cơng. ............................................................................................ 11 1.4.4.Cơng suất ...11 1.4.5.Độ nhớt động ........................................................................................................ 12 1.5.CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ NGUỒN NĂNG LƢỢNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ................................................................................................... 12 1.5.1.Khí nén. ............................................................................................ 12 1.5.2.Thủy lực..... ........................................................................................................... 15 NỘI DUNG CỐT LÕI ....................................................................................................... 20 CÂU HỎI ƠN TẬP, LIÊN HỆ THỰC TẾ ........................................................................ 20 CHƢƠNG 2. PHẦN TỬ ĐƢA TÍN HIỆU VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ................................................................................. 21 3 2.1.CÁC PHẦN TỬ ĐƢA TÍN HIỆU .......................................................................... 21 2.1.1.Phần tử khơng điện ............................................................................................... 21 2.1.2.Phần tử đƣa tín hiệu .............................................................................................. 25 2.2.CÁC PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN ............................................... 26 2.2.1.Phần tử YES ......................................................................................................... 26 2.2.2.Phần tử NOT ......................................................................................................... 27 2.2.3.Phần tử OR ........................................................................................................... 28 2.2.4.Phần tử AND ........................................................................................................ 28 2.2.5.Phần tử NAND ..................................................................................................... 29 2.2.6.Phần tử NOR ........................................................................................................ 30 2.2.7.Phần tử Flip-Flop .................................................................................................. 31 2.2.8.Phần tử thời gian ................................................................................................... 32 CHƢƠNG 3. PHẦN TỬ ĐƢA TÍN HIỆU VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ................................................................................. 34 3.1.XI LANH ................................................................................................................. 34 3.1.1.Xi lanh tác động đơn. ........................................................................................... 34 3.1.2.Xi lanh tác động kép. ............................................................................................ 35 3.1.3.Xi lanh bƣớc (nhiều vị trí). ................................................................................... 36 3.1.4.Xi lanh va đập ....................................................................................................... 37 3.1.5.Xi lanh quay.......................................................................................................... 37 3.1.6.Xi lanh băng đai. ................................................................................................... 38 3.1.7.Xi lanh từ. ...38 3.2.ĐỘNG CƠ ............................................................................................................... 43 3.2.1.Động cơ kiểu bánh răng. ....................................................................................... 43 3.2.2.Động cơ kiểu Piston ............................................................................................. 44 3.2.3.Động cơ kiểu cánh gạt .......................................................................................... 44 3.2.4.Động cơ turbine .................................................................................................... 44 CHƢƠNG 4:CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ............................................................................................... 46 4.1.KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................................................ 46 4.2.CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU CHỈNH .............................................................................. 46 4.2.1.Van an tồn ........................................................................................................... 46 4.2.2.Van tràn......................... ....................................................................................... 47 4.2.3.Van điều chỉnh áp suất (van giảm áp) .................................................................. 47 4 4.2.4.Rơ le áp suất ......................................................................................................... 47 4.2.6.Van tiết lƣu một chiều điều chỉnh bằng tay .......................................................... 49 4.2.7.Van chân khơng .................................................................................................... 49 4.2.8.Van điều chỉnh thời gian (Delay) ......................................................................... 49 4.3.CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN .............................................................................. 51 4.3.1.Van một chiều ....................................................................................................... 51 4.3.2.Van đảo chiều ....................................................................................................... 51 CHƢƠNG 5PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂNKHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ................................................................................................................................... 59 5.1. LÝ THUYẾT ĐẠI SỐ BOOLE ............................................................................. 60 5.1.1. Các phép biến đổi hàm một biến ......................................................................... 60 5.1.2. Các luật của đại số Boole .................................................................................... 61 5.2. PHÂN LOẠI PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ............................................................................................................................... 63 5.2.1. Điều khiển tùy thuộc ........................................................................................... 63 5.2.3.Điều khiển theo hành trình ................................................................................... 63 5.2.4.Điều khiển theo thời gian ..................................................................................... 64 5.2.5.Điều khiển phối hợp ............................................................................................. 65 5.2.6.Điều khiển theo chƣơng trình cứng ...................................................................... 66 5.2.7.Điều khiển tuần tự ................................................................................................ 67 5.3.PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ MACH ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 68 5.3.1.Biểu diễn sơ đồ chức năng của quá trình điều khiển ............................................ 68 5.3.1.1.Biểu đồ trạng thái .............................................................................................. 68 5.3.1.2.Sơ đồ chức năng ................................................................................................ 69 5.3.1.3.Lƣu đồ tiến trình ................................................................................................ 73 5.3.1.4.Viết phƣơng trình điều khiển ............................................................................. 73 5.3.1.5.Vẽ sơ đồ mạch điều khiển ................................................................................. 75 5.4. THIẾT KẾ MACH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN –KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ............... 77 5.4.1.Nguyên tắc thiết kế ............................................................................................... 77 5.4.2.Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén với 1 xylanh theo phƣơng pháp nhịp .. 79 5.4.3.Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén với 2 xylanh theo phƣơng pháp nhịp .. 80 5.5.THIẾT KẾ MACH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY ........................ 81 5.6. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN - KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC ............................................................................................. 85 5 5.6.1.Cấu trúc của một PLC .......................................................................................... 86 5.6.2.Các thành phần của một hê thống khí nén điều khiển bằng PLC ......................... 87 5.6.3.Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén bằng PLC .................................................. 89 6 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG - Hiểu rõ khái niệm hệ thống điều khiển điện – khí nén và thủy lực. - Nắm đƣợc ƣu, nhƣợc điểm và ứng dụng của điện - khí nén và thủy lực. - Phân phối nguồn khí nén và thủy lực, các loại bơm dầu trong thủy lực. - Về thái độ: Học sinh, Sinh viên hiểu rõ khái niệm hệ thống điều khiển điện – khí nén và thủy lực, ƣu nhƣợc điểm và ứng dụng điện – khí nén và thủy lực, phân phối nguồn khí nén và thủy lực, các loại bơm dầu trong thủy lực. 1.1. KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 1.1.1. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực bao gồm các phần tử điều khiển và cơ cấu chấp hành đƣợc kết nối với nhau thành hệ thống hồn chỉnh để thực hiện những nhiệm vụ theo yêu cầu đặt ra. Hệ thống đƣợc mơ tả nhƣ hình 1.1 Năng lượng điều khiển Tín hiệu đầu vào Xử lý thơng tin điều khiển Cơ cấu chấp hành (biến năng lượng  cơ năng) Phản hồi Hình 1.1. Hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực - Tín hiệu đầu vào: nút nhấn, cơng tắc, cơng tắc hành trình, cảm biến... - Phần tử xử lý thơng tin: Xử lý tín hiệu đầu vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển: van logic AND, OR, NOT, YES, FLIP - FLOP... - Phần tử điều khiển: điều khiển dịng năng lƣợng ( lƣu lƣợng, áp suất ) theo yêu cầu, thay đổi trạng thái cơ cấu chấp hành: van đảo chiều, van tiết lƣu, van chỉnh áp... - Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tƣợng điều khiển là đại lƣợng ra của mạch điều khiển: xy lanh khí nén, xy lanh dầu, động cơ khí nén, động cơ dầu... - Năng lƣợng điều khiển: gồm phần thơng tin và cơng suất + Phần thơng tin: điện tử, điện cơ, khí, dầu... + Phần cơng suất: - Điện: cơng suất nhỏ, điều khiển hoạt động dễ, nhanh. 7 - Khí nén: Cơng suất vừa, quán tính, tốc độ cao. - Thủy lực: Cơng suất lớn, quán tính ít dễ ổn định, tốc độ thấp. 1.1.1. Các loại tín hiệu điều khiển Trong điều khiển khí nén và thủy lực nĩi chung ta dùng hai loại tín hiệu: - Tín hiệu tƣơng tự ( hình 1.2 ) Hình 1.2. Tín hiệu tương tự - Tín hiệu rời rạc số ( hình 1.3 ) Hình 1.3. Tín hiệu rời rạc ( Số ) 1.1.2. Điều khiển vịng hở Hệ thống điều khiển vịng hở là khơng cĩ sự so sánh giữa tín hiệu đầu ra với tín hiệu đầu vào, giá trị thực thu đƣợc và giá trị cần đạt đƣợc khơng đƣợc điều chỉnh, xử lý. Hình 1.4 mơ tả hệ thống điều khiển tốc độ động cơ thủy lực Van điều khiển tỷ lệ Động cơ thủy lực - Thay đổi tải trọng - Thay đổi lưu lượng bơm - Thay đổi áp suất hệ - Thay đổi nhiệt độ dầu Lưu lượngLưu lượngGiá trị đặt Tốc độ Hình 1.4. Hệ thống điều khiển vịng hở tốc độ động cơ thủy lực 1.1.3. Điều khiển vịng kín (hồi tiếp) Hệ thống mà tín hiệu đầu ra đƣợc phản hồi để so sánh với tín hiệu đầu vào. Độ chệnh lệch của 2 tín hiệu vào ra đƣợc thơng báo cho thiết bị điều khiển, để thiết bị này tạo ra tín hiệu điều khiển tác dụng lên đối tƣợng điều khiển sao cho giá trị thực luơn đạt đƣợc nhƣ 8 mong muốn. Hình 1.5 minh họa hệ thống điều khiển vị trí của chuyển động cần pít tơng xy lanh thủy lực. Kp Van điều khiển tỉ lệ Đo lường vị trí Lưu lượngGiá trị đặt Vị tríXy lanh thủy lực Tín hiệu điều khiển (u) Phần tử so sánh Bộ điều khiển tỉ lệ Hình 1.5. Hệ thống điều khiển vịng kín vị trí pít tơng thủy lực 1.2. ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 1.2.1. Hệ thống khí nén a. Ƣu điểm - Tính đồng nhất năng lƣợng giữa phần tử điều khiển và chấp hành nên sửa chữa, bảo dƣỡng, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện. - Khơng yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật nguồn năng lƣợng: 3-8 bar - Khả năng quá tải lớn của động cơ khí nén. - Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật. - Tuổi thọ lớn. - Tính đồng nhất năng lƣợng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong mơi trƣờng dễ nổ, và đảm bảo mơi trƣờng vệ sinh sạch sẽ. - Cĩ khả năng truyền tải năng lƣợng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đƣờng dẫn ít. - Trọng lƣợng các phần tử trong hệ thống khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động cĩ thể đạt đƣợc vận tốc rất lớn. b. Nhƣợc điểm - Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử. - Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo chƣơng trình cĩ sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém. - Lực truyền tải trọng thấp. - Dịng khí nén thốt ra ở đƣờng dẫn gây tiếng ồn. - Khơng điều khiển đƣợc quá trình trung gian giữa 2 ngƣỡng. 1.2.2. Hệ thống thủy lực 9 a. Ƣu điểm: - Truyền động đƣợc cơng suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tƣơng đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, địi hỏi ít về bảo dƣỡng, sửa chữa. - Điều chỉnh đƣợc vận tốc làm việc tinh và khơng cấp nhờ các thiết bị điều khiển kỹ thuật số hĩa, dễ thực hiện tự động hĩa theo điều kiện làm việc hoặc chƣơng trình đã cho sẵn. - Kết cấu nhỏ gọn, nối kết các thiết bị với nhau dễ dàng bằng việc đổi chỗ các mối nối ống. - Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành. - Cĩ khả năng giảm khối lƣợng và kích thƣớc nhờ chọn áp suất thủy lực cao. - Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên cĩ thể sử dụng vận tốc cao mà khơng sợ bị va đập mạnh nhƣ trong trƣờng hợp cơ khí hay điện. - Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp. - Tự động hĩa đơn giản dùng các phần tử tiêu chuẩn hĩa. - Dễ đề phịng quá tải nhờ van an tồn. b. Nhƣợc điểm - Mất mát trong đƣờng ống dẫn và rị rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và phạm vi ứng dụng. - Khĩ giữ đƣợc vận tốc khơng đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén đƣợc của dầu và tính đàn hồi của đƣờng ống. - Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hƣởng đến độ chính xác điều khiển. - Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khĩ khăn khi thay đổi chƣơng trình làn việc. - Khi khởi động, nhiệt độ của hệ thống chƣa ổn định vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi. 1.3. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC TRONG CƠNG NGHIỆP 1.3.1. Ứng dụng của hệ thống khí nén Hệ thống điều khiển khí nén đƣợc sử dụng rộng rãi ở những lĩnh vực mà ở đĩ vấn đề nguy hiểm, hay xảy ra các cháy nổ, nhƣ: các đồ gá kẹp chi tiết nhựa, chất dẻo hoặc đƣợc sử dụng trong ngành cơ khí nhƣ cấp phơi gia cơng, hoặc trong mơi trƣờng vệ sinh sạch nhƣ trong cơng nghệ sản xuất các thiết bị điện tử. Ngồi ra hệ thống điều khiển bằng khí nén đƣợc sử dụng trong các dây truyền sản xuất thực phẩm nhƣ: rửa bao bì tự động, chiết nƣớc đĩng chai...trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của các băng tải, thang máy cơng nghiệp, thiết bị lị hơi, đĩng gĩi, bao bì, in ấn, phân loại sản phẩm và trong cơng nghiệp hĩa chất, y khoa và sinh học. 10 1.3.2. Ứng dụng của hệ thống thủy lực Hệ thống điều khiển thủy lực đƣợc sử dụng trong lĩnh vực cơng nghiệp nhƣ: máy nâng chuyển, máy đúc áp lực, máy cơng cụ gia cơng kim loại, máy dập, máy xúc, tời kéo... Một số hình ảnh minh họa ứng dụng của hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực Hình 1.6. Hệ thống nâng bảo dưỡng xe Hình 1.7. Tay máy gắp sản phẩm khí nén Hình 1.8. Máy cắt thủy lực Hình 1.9. Khuơn tạo dè xe máy Hình 1.9. Ghép các cơ cấu khuơn Hình 1.10. Máy ép thủy lực 11 2 2 2 21 1 / 1 / / 1 /pascal N m kgm s m kg ms   5 21 10 1 / c 1bar Pa kg m at   21 1 . / sN kg m Hình 1.11. Máy đĩng gĩi sản phẩm Hình 1.12. Máy phân loại sản phẩm 1.4. ĐƠN VỊ ĐO LƢỜNG CỦA CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 1.4.1. Áp suất Đơn vị áp suất: Pascal – là áp suất phân bố đều lên bề mặt cĩ diện tích cĩ bề mặt 1m 2 với lực tác động vuơng gĩc lên bề mặt đĩ là 1 Newton (N) (1.1) (1.2) 1.4.2. Lực Đơn vị của lực là Newton. 1N là lực tác động lên đối trọng cĩ khối lƣợng 1 kg với gia tốc 1m/s2 (1.3) 1.4.3. Cơng Đơn vị của cơng là Joule (J). 1J là cơng sinh ra dƣới tác động của lực 1N để vật dịch chuyển đƣợc quãng đƣờng 1m (1.4) Cơng thức tính cơng (1.5) F: Lực tác dụng vào vật L: Quãng đƣờng vật di chuyển 1.4.4. Cơng suất Đơn vị của cơng suất là Watt. 1 watt là cơng suất trong thời gian 1 giây sinh ra năng lƣợng 1 Joule 2 2 1 1 1 1 / J Nm J m kg s   W .k F L 12 (1.6) Cơng thức tính cơng suất (1.7) 1.4.5. Độ nhớt động Độ nhớt động của một chất là độ nhớt động lực 1 Pa.s và khối lƣợng riêng 1 kg/cm3 (1.8) η: độ nhớt động lực [Pa.s] ρ: khối lƣợng riêng [kg/m3] v: độ nhớt động [m2/s] 1.5. CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ NGUỒN NĂNG LƢỢNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 1.5.1. Khí nén 1.5.1.1. Máy nén khí và sản xuất khí nén Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn khí này phải đƣợc sản xuất thƣờng xuyên với lƣợng thể tích đầy đủ với một áp suất nhất định thích hợp cho năng lƣợng hệ thống. Máy nén khí là máy cĩ nhiệm vụ thu hút khơng khí, hơi ẩm, khí đốt ở một áp suất nhất định và tạo ra nguồn lƣu chất cĩ áp suất cao hơn. Các loại máy nén khí thƣờng sử dụng: máy nén khí kiểu pít tơng, máy nén khí kiểu cánh gạt... Máy nén khí kiểu pít tơng nhƣ hình 1.13 là máy dùng phổ biến nhất và cĩ thể cung cấp năng suất đến 500m3/phút. Máy nén khí 1 pít tơng cĩ thể nén khí khoảng 6 bar đến 10 bar, máy nén khí kiểu pít tơng hai cấp cĩ thể nén đến 15 bar, 3 đến 4 cấp cĩ thể nén đến 250 bar. Hình 1.13. Máy nén khí kiểu pít tơng 2 3 1W=1Nm/s 1W=1m /kg s (1/min)*P(bar) 600 H= (k ) Q W v   13 Máy nén khí kiểu cánh gạt nhƣ hình 1.14 khơng khí sẽ vào buồng hút. Nhờ Rotor và Stator đặt lệch tâm, nên khi Rotor quay chiều sang phải thì khơng khí vào buồng nén sau đĩ khí nén sẽ đi ra buồng đẩy. Hình 1.14. Máy nén khí kiểu cánh gạt 1.5.1.2. Phân phối khí nén Hệ thống phân phối khí nén cĩ nhiệm vụ chuyển khơng khí nén từ nới sản xuất đến nơi tiêu thụ đảm bảo áp suất, lƣu lƣợng và chất lƣợng khí nén cho các thiết bị làm việc ví dụ nhƣ: xy lanh khí nén, van khí nén, động cơ khí nén... Truyền tải khí nén đƣợc thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, đối với hệ thống ống dẫn cĩ thể là mạng đƣờng ống đƣợc lắp ráp cố định (trong tồn nhà máy) và mang đƣờng ống lắp ráp trong từng thiết bị, từng máy nhƣ hình 1.15 Đối với hệ thống phân phối khí nén ngồi tiêu chuẩn chọn máy nén khí hợp lí, tiêu chuẩn chọn đúng các thơng số của hệ thống ống dẫn (đƣờng kính ống, vật liệu ống), cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống phân phối cũng cĩ vai trị quan trọng về phƣơng diện kinh tế cũng nhƣ yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí nén. Hình 1.15. Hệ thống phân phối khí nén 1.5.1.3. Xử lý nguồn khí nén Khí nén đƣợc tạo ra từ máy nén khí cĩ chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn cĩ thể ở các mức độ khác nhau. Chất bẩn cĩ thể là bụi, độ ẩm của khơng khí hút vào, những cặn bã của dầu 14 bơi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa trong quá trình nén nhiệt độ của khí nén tăng lên, cĩ thể gây ra ơ xy hĩa một số phần tử hệ thống. Do đĩ việc xử lý khí nén cần phải thực hiện bắt buộc. Khí nén khơng đƣợc xử lý thích hợp sẽ gây hƣ hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc của các phần tử khí nén. Đặc biệt sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển địi hỏi chất lƣợng khí nén rất cao. Mức độ xử lý khí nén tùy thuộc vào từng phƣơng pháp xử lý. Trong thực tế ngƣời ta thƣờng dùng bộ lọc để xử lý nhƣ hình 1.16 Hình 1.16.Cấu tạo và kí hiệu bộ lọc khí Bộ lọc khí cĩ 3 phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất và van tra dầu Van lọc khí (hình 1.17) là làm sạch các chất bẩn và ngƣng tụ hơi nƣớc trong nĩ Hình 1.17.Cấu tạo và kí hiệu van lọc khí nén Van điều chỉnh áp suất: nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất điều chỉnh, mặc dù cĩ sự thay đổi bất thƣờng của áp suất làm việc ở đƣờng ra hoặc sự dao động của áp suất ở đƣờng vào. Áp suất ở đầu vào luơn lớn hơn áp suất ở đầu ra (hình 1.18) 15 Hình 1.18. Van điều chỉnh áp suất Van tra dầu: đƣợc sử dụng đảm bảo cung cấp bơi trơn cho các thiết bị trong hệ thống điều khiển khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mịn và sự gỉ (hình 1.19) Hình 1.19. Cấu tạo và kí hiệu van tra dầu 1.5.2. Thủy lực 1.5.2.1. Cung cấp năng lượng dầu Trong hệ thống điều khiển thủy lực nguồn năng lƣợng đƣợc dùng để hệ thống hoạt động là dầu ép. Để cung cấp năng lƣợng cho hệ thống điều khiển thƣờng sử dụng thiết bị bơm dầu. Bơm dầu là một phần tử quan trọng nhất của hệ thống điều khiển thủy lực, dùng để biến cơ năng thành năng lƣợng của dầu. Những thơng số cơ bản của bơm là lƣu lƣợng và áp suất. Lƣu lƣợng của bơm về lý thuyết khơng phụ thuộc vào áp suất (trừ bơm ly tâm), mà chỉ phụ thuộc vào kích thƣớc hình học và vận tốc quay của nĩ. Nhƣng trong thực tế do sự rị 16 rỉ qua khe hở giữa khoang hút và khoang đẩy, giữa khoang đẩy với bên ngồi nên lƣu lƣợng thực tế của bơm nhỏ hơn lƣu lƣợng lý thuyết và giảm dần khi áp suất tăng. 1.5.2.2. Các loại bơm dầu a. Bơm bánh răng Hình 1.20. Nguyên lý làm việc và kí hiệu bơm bánh răng Hình 1.20 bơm bánh răng, nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là sự thay đổi thể tích: khi thể tích của buồng hút A tăng, bơm dầu hút, thực hiện chu kỳ hút; và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra buồng B thực hiện chu kỳ nén. Nếu trên đƣờng đi của dầu ta đặt một vật cản thì dầu sẽ bị chặn lại tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm. b. Bơm cánh gạt Hình 1.21. Bơm cánh gạt tác động đơn Bơm cánh gạt đƣợc rùng rộng rãi hơn bơm bánh răng do ổn định về lƣu lƣợng, hiệu suất thể tích cao hơn. Lƣu lƣợng của bơm cĩ thể thay đổi bằng cách thay đổi độ lệch tâm của bơm. c. Bơm pít tơng Bơm pít tơng cĩ khả năng làm kín tốt hơn so với bơm cánh gạt và bánh răng, do vậy bơm pít tơng đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống thủy lực làm việc ở áp suất cao. Phụ thuộc vào vị trí của pít tơng đối với Rotor, cĩ thể phân biệt chúng thành bơm hƣớng kính và hƣớng trục. - Bơm hƣớng kính (hình 1.22) 17 Hình 1.22. Bơm pít tơng hướng kính Bơm dầu pít tơng hƣớng kính cĩ các pít tơng chuyển động hƣớng tâm với trục quay của Rotor. Tùy thuộc vào số pít tơng ta cĩ lƣu lƣợng khác nhau. - Bơm hƣớng trục (hình 1.23) Hình 1.23. Bơm pít tơng hướng trục Bơm pít tơng hƣớng trục là loại bơm cĩ các pít tơng đặt song song với trục roto đƣợc truyền bằng khớp nối với trục quay của động cơ điện (hình 1.23). Bơm pít tơng hƣớng trục cĩ ƣu điểm là kích thức nhỏ gọn và hầu hết đều chỉnh lƣu đƣợc nhờ điều chỉnh gĩc nghiêng của kết cấu đĩa nghiêng ở trong bơm. 1.5.2.3. Bể dầu a. Nhiệm vụ - Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu hồi về). - Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc. - Lắng đọng các chất cặn bã, dơ bẩn trong quá trình làm việc. - Tách nƣớc. b. Chọn kích thƣớc bể dầu - Đối với bể dầu di động, thể tích đƣợc chọn nhƣ sau: V = 1,5.qv - Đối với bể dầu cố định, thể tích bể dầu đƣợc chọn nhƣ sau: V = (3,0 – 5,0).qv Trong đĩ: V(lít); qv(lít/phút) 18 c. Kết cấu bể dầu Hình 1.24 kết cấu bể dầu gồm: động cơ điện (1) cĩ điện bơm dầu làm việc, dầu đƣợc hút lên qua ống hút (15) cấp cho hệ thống điều khiển qua cửa áp (5), dầu xả đƣợc đƣa về lại thùng (11) qua cửa (8) và bộ lọc (16). Dầu thƣờng đƣợc đổ vào thùng (11) qua cửa (10) bố trí trên nắp bể lọc và cĩ thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (9). Quan sát áp suất của bộ nguồn dầu bằng đồng hồ áp suất (7). Giá trị áp suất của nguồn đƣợc điều chỉnh bằng van an tồn áp suất (6). Hình 1.24. Kết cấu bộ nguồn dầu 1.5.2.4. Xử lý nguồn dầu Trong hệ thống điều khiển thủy lực, việc xử lý dầu thƣờng dùng đến bộ lọc dầu. Hình 1.25 các bộ lọc với các kích thƣớc và chủng loại khác nhau. Trong quá trình làm việc khơng tránh khỏi dầu bị bẩn đƣợc tạo ra từ bên ngồi hay bản thân của nĩ. Những chất bẩn này đã gây ra hiện tƣợng kẹt các khe hở, các tiết diện dịng chảy làm ảnh hƣởng rất lớn đến sự ổn định hoạt động của hệ thống và hƣ hỏng. Do đĩ trong hệ thống dầu ép ta thƣờng gắn các bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu, phần tử dầu ép. Bộ lọc dầu thƣờng đặt ở ống hút của bơm dầu. Trƣờng hợp cần dầu sạch hơn ta thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một ở ống xả của hệ thống dầu ép. Hình 1.25. Bộ lọc dầu 19 Một số cách lắp đặt bộ lọc dầu trong hệ thống (hình 1.26a, b,c) Hình 1.26a. Bộ lọc dầu lắp ở đường hút Hình 1.26b. Bộ lọc dầu lắp ở đường nén Hình 1.26c. Bộ lọc dầu lắp ở đường xả 20 NỘI DUNG THẢO LUẬN 1. Nội dung phần thảo luận 1: Khái niệm về hệ thống điều khiển điện – khí nén và thủy lực. 2. Nội dung phần thảo luận 2: Ƣu. Nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống khí nén và thủy lực 3. Nội dung thảo luận 3: Hệ thống phân phối nguồn khí nén và thủy lực, các loại bơm dầu trong hệ thống thủy lực NỘI DUNG CỐT LÕI - Hiểu khái niệm hệ thống điều khiển điện – khí nén và thủy lực - Ƣu, nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống khí nén và thủy lực - Phân phối nguồn khí nén và thủy lực, các loại bơm dầu trong hệ thống ...n đầu. Ví dụ mạch điều khiển trễ theo thời gian hình 4.11 Hình 4.11. Mạch điều khiển trễ theo thời gian 4.3. CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN Cơ cấu điều khiển là loại cơ cấu dùng để đĩng, mở, nối liền hoặc ngăn cách các đƣờng dẫn dầu, khí về những bộ phận tƣơng ứng của hệ thống khí nén thủy lực. Cơ cấu điều khiển thƣờng dùng các loại sau: 4.3.1. Van một chiều Van một chiều (hình 4.12) dùng để điều khiển dịng năng lƣợng đi theo một hƣớng, hƣớng cịn lại dịng năng lƣợng bị chặn lại. Trong hệ thống điều khiển khí nén thủy lực van một chiều thƣờng đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau. a) Cấu tạo b) Kí hiệu Hình 4.12. Cấu tạo và kí hiệu van một chiều 4.3.2. Van đảo chiều Van đảo chiều là cơ cấu chỉnh hƣớng cĩ nhiệm vụ điều khiển dịng năng lƣợng đi qua van chủ yếu bằng cách đĩng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hƣớng của dịng năng lƣợng. Các thành phần van đảo chiều đƣợc mơ tả nhƣ hình 4.13 52 Van chỉnh hướng Tín hiệu tác động Cửa năng lượng vào cơ cấu chấp hành Cửa xả Nguồn năng lượng Hình 4.13. Các thành phần van đảo chiều a. Tín hiệu tác động van đảo chiều Nếu kí hiệu lị xo nằm ngay phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đĩ cĩ vị trí “khơng”, vị trí đĩ là ơ vuơng nằm bên phải của kí hiệu van đảo chiều và đƣợc kí hiệu là “0”. Điều đĩ cĩ nghĩa là chừng nào chƣa cĩ lực tác động vào pít tơng trƣợt trong lịng van, thì lị xo tác động vẫn giữ ở vị trí đĩ. Tác động vào làm thay đổi trực tiếp hay gián tiếp pít tơng trƣợt là các tín hiệu sau (hình 4.14) Tác động bằng tay Nút nhấn Nút nhấn tổng quát Tay gạt Bàn đạp Tác động bằng cơ Đầu dị Cữ chặn bằng con lăn tác động 2 chiều Cữ chặn bằng con lăn tác động 1 chiều Lị xo 53 Tác động bằng khí và dầu Trực tiếp bằng dịng khí – dầu vào Trực tiếp bằng dịng khí – dầu ra Gián tiếp bằng dịng khí – dầu vào qua van phụ Gián tiếp bằng dịng khí – dầu ra qua van phụ Tác động bằng điện Trực tiếp Bằng nam châm điện và van phụ trợ Hình 4.14. Tín hiệu tác động b. Kí hiệu van đảo chiều Van đảo chiều cĩ nhiều dạng khác nhau, nhƣng dựa vào đặc điểm chung là số cửa, số vị trí và số tín hiệu tác động để phân biệt chúng với nhau (hình 4.15) - Số vị trí: là số chỗ định vị con trƣợt của van. Thơng thƣờng van đảo chiều cĩ 2 hoặc 3 vị trí, ở những trƣờng hợp đặc biệt thì cĩ nhiều hơn. Thƣờng kí hiệu: bằng các chữ cái o, a, b... hoặc các con số 0, 1, 2... - Số cửa (đƣờng): Là số lỗ để dẫn khí hoặc dầu vào hay ra. Số cửa van đảo chiều thƣờng dùng là 2, 3,4,5...đơi khi cĩ thể nhiều hơn Thƣờng kí hiệu: Cửa nối với nguồn: P hoặc 1 Cửa nối làm việc: A, B, C hoặc 2, 4 Cửa xả lƣu chất: R, S, T hoặc 3, 5 - Số tín hiệu: Là tín hiệu kích thích con trƣợt chuyển từ vị trí này sang vị trí khác cĩ thể là 1 hoặc 2 Thƣờng kí hiệu: X, Y hoặc 12, 14 Hình 4.15. Kí hiệu van đảo chiều 54  Một số van đảo chiều thơng dụng Van cĩ tác động bằng cơ – lị xo lên nịng van và kí hiệu lị xo nằm ngay vị trí bên phải của kí hiệu van ta gọi đĩ là vị trí “khơng”. Tác động tín hiệu lên phía đối diện nịng van (ơ vuơng phía bên trái kí hiệu van) cĩ thể là tín hiệu bằng cơ, khí nén, dầu hay điện. Khi chƣa cĩ tín hiệu tác động lên phía bên trái nịng van thì lúc này tất cả các cửa nối của van đang ở vị trí ơ vuoobg nằm bên phải, trƣờng hợp cĩ giá trị đối với van đảo chiều hai vị trí. Đối với van 3 vị trí thì vị trí “khơng” nằm ở ơ giữa. - Van đảo chiều 2/2: Hình 4.16 là van 2/2 cĩ 2 cửa nối P và A, 2 vị trí 0 và 1. Vị trí 0 cửa P và cửa A bị chặn. Nếu cĩ tín hiệu tác động vào, thì vị trí 0 sẽ chuyển sang vị trí 1, nhƣ vậy cửa P và cửa A nối thơng với nhau. Nếu tín hiệu khơng cịn tác động nữa, thì van sẽ chuyển từ vị trí 1 về vị trí 0 ban đầu, vị tí “khơng” bằng lực nén lị xo. a) Cấu tạo b) Kí hiệu Hình 4.16.Cấu tạo và kí hiệu van 2/2 - Van đảo chiều 3/2: Hình 4.17 van 3/2 cĩ 3 cửa và 2 vị trí. Cửa P nối với nguồn năng lƣợng, cửa A nối với buồng xi lanh cơ cấu chấp hành, cửa T là cửa xả. Khi con trƣợt di chuyển sang trái cửa P thơng với của A. Khi con trƣợt di chuyển sang phải thì cửa A thơng với cửa xả T xả dầu về thùng hoặc xả khí ra mơi trƣờng. Van này thƣờng dùng để làm rơ le dầu ép hoặc khí nén. a) Cấu tạo b)Kí hiệu Hình 4.17.Cấu tạo và kí hiệu van 3/2 - Van đảo chiều 4/2: Hình 4.18 van 4/2 cĩ 4 cửa và 2 vị trí. Cửa P nối với nguồn năng lƣợng, cửa A và B lắp vào buồng trái và phải của xi lanh cơ cấu chấp hành, cửa T lắp ở cửa ra đƣa năng lƣợng về thùng đối với dầu, và thải khí ra mơi trƣờng xung quanh với khí nén. 55 Khi con trƣợt của van di chuyển qua phải cửa P thơng với cửa A năng lƣợng vào xi lanh cơ cấu chấp hành, năng lƣợng ở buồng ra xi lanh qua cửa b nối thơng với cửa T ra ngồi. Ngƣợc lại khi con trƣợt của van di chuyển qua trái, cửa P thơng với cửa B và cửa A thơng với cửa xả T. a) Cấu tạo b)Kí hiệu Hình 4.18.Cấu tạo và kí hiệu van 4/2 - Van đảo chiều 5/2: Hình 1.19 van 5/2 cĩ 5 cửa 2 vị trí. Cửa P là cung cấp nguồn năng lƣợng, cửa A lắp với buồng bên trái xi lanh cơ cấu chấp hành, cửa B lắp với buồng bên phải xi lanh cơ cấu chấp hành, cửa T và cửa R là cửa xả năng lƣợng. Khi con trƣợt van di chuyển qua phải, cửa P thơng với cửa A, cửa B thơng với cửa T. Khi con trƣợt của van di chuyển qua trái, cửa P thơng với cửa B, cửa A thơng với cửa R. a) Cấu tạo b)Kí hiệu Hình 4.19.Cấu tạo và kí hiệu van 5/2 56 NỘI DUNG THẢO LUẬN 1.Nội dung thảo luận 1 : Các phần tử điều chỉnh : van an tồn, van áp suất, rơ le áp suất, van tiết lƣu, van điều chỉnh thời gian trong hệ thống khí nén và thủy lực. 2.Nội dung thảo luận 2 : Cấu phần tử điều khiển : van một chiều, van đảo chiều trong hệ thống khí nén và thủy lực. TĨM TẮT NỘI DUNG CỐT LÕI Hiểu và nắm rõ các phần tử điều chỉnh và điều khiển : van an tồn, van áp suất, rơ le áp suất, van tiết lƣu, van điều chỉnh thời gian và van một chiều, van đảo chiều, vanh tuyến tính trong hệ thống khí nén và thủy lực. CÂU HỎI ƠN TẬP, ỨNG DỤNG THỰC TẾ 1.Câu hỏi và bài tập ơn tập chương 4 Câu 1. Trình bày cấu tạo, nguyên lý van an tồn trong khí nén và thủy lực? Câu 2. Trình bày cấu tạo, nguyên lý van áp suất trong khí nén và thủy lực? Câu 3. Trình bày cấu tạo, nguyên lý rơ le áp suất trong khí nén và thủy lực? Câu 4. Trình bày cấu tạo, nguyên lý van điều chỉnh thời gian trong khí nén và thủy lực? Câu 5. Trình bày nguyên lý của van đảo chiều trong khí nén và thủy lực? Câu 6. Trình bày kí hiệu trong van đảo chiều trong khí nén và thủy lực? Câu 7. Trình bày các tín hiệu tác động của van đảo chiều trong khí nén và thủy lực? Câu 8. Phân biệt van đảo chiều 3/2 cĩ vị trí „0‟ và van đảo chiều 3/2 khơng cĩ vị trí „0‟? Câu 9. Trình bày van đảo chiều 4/2, 5/2 ? Bài 1. Cho mạch điều khiển khí nén nhƣ hình vẽ sau : 57 Yêu cầu : Trình bày chức năng, nhiệm vụ van 3/2V1, 3/2V3 và van 5/2V5 và nguyên lý làm việc mạch điều khiển khí nén hình 4.20 ? Bài 2. Cho mạch điều khiển khí nén nhƣ hình vẽ sau : Yêu cầu : Trình bày chức năng, nhiệm vụ van 3/2V1, van hành trình A1, A2 và van 5/2V3 và nguyên lý làm việc mạch điều khiển khí nén hình 4.21 ? Bài 3. Cho mạch điều khiển điện khí nén nhƣ hình vẽ sau : 58 Yêu cầu : Trình bày chức năng, nhiệm vụ van PS, van 5/2V1, cơng tắc hành trình A0, A1 và rơ le trung gian RL1 và nguyên lý làm việc mạch điều khiển điện khí nén hình 4.22 ? 2.Câu hỏi liên hệ thực tế : Tìm hiểu van an tồn, van điều chỉnh áp suất và van đảo chiều 5/2 tác động điện trong hệ thống máy đúc áp lực HƢỚNG DẪN TỰ HỌC Ở NHÀ Phân tích mạch điều khiển khí nén và điện khí thủy lực cho một xi lanh, 2 xi lanh ? 59 CHƢƠNG 5 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN - KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG - Hiểu rõ đại số Boole và các phƣơng pháp điều khiển trong hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực. - Nắm rõ các phƣơng pháp điều khiển trong hệ thống điều khiển khí nén thủy lực. - Hiểu và nắm rõ phƣơng pháp thiết kế mạch điều khiển khí nén và thủy lực - Hiểu và nắm rõ phƣơng pháp thiết kế mạch điện - khí nén và thủy lực - Hiểu và nắm rõ phƣơng pháp thiết kế mạch điện - khí nén và thủy lực bằng phƣơng pháp Grafcet. - Hiểu và nắm rõ điều khiển khí nén và thủy lực bằng bộ điều khiển lập trình PLC Trong kỹ thuật điều khiển, các hoạt động của các cơ cấu trong hệ thống điều khiển tự động đều xuất phát từ các phƣơng trình chuyển động đƣợc xây dựng trên nguyên lý làm việc của hệ thống. Các phƣơng trình này là hàm tích hợp những giá trị của tín hiệu vào và tín hiệu ra và đƣợc viết dƣới dạng các biến số của đại số Bool. Quá trình định nghĩa tín hiệu vào ra đầy đủ tuân thủ nguyên lý hoạt động của hệ thống để xây dựng các hàm tối ƣu, tức giảm thiểu đƣợc tối đa các phần tử logic trong thiết kế là nhiệm vụ quan trọng trong kỹ thuật điều khiển. Tùy theo mức độ đơn giản hay phức tạp của hệ thống ta cĩ thể cĩ ít hay nhiều phƣơng trình điều khiển. Ví dụ: cơ cấu một đầu khoan tự động thủy lực nhƣ hình 5.1, với yêu cầu kỹ thuật nhƣ sau: Đƣa chi tiết đầu khoan vào vị trí cần khoan, khi đĩ ta ấn nút Start PB đầu khoan tinh tiến đến và khoan chi tiết, đạt đến chiều sâu cần thiết (S2) đầu khoan tự động quay về. Trong quá trình khoan nếu xảy ra sự cố ta ấn nút Stop PB đầu khoan tự động lùi về. 60 Hình 5.1 Cơ cấu khoan Hình 5.2 Máy thủy lực cơ cấu khoan - Qua phân tích nguyên lý làm việc của cơ cấu khoan ta thiết kế đƣợc mạch động lực nhƣ hình 5.2 - Phƣơng trình điều khiển đƣợc viết nhƣ sau:   K StartPB S1 K S2 StopPB       - Phƣơng trình tải: 1Y = K Trong đĩ: K là cuộn dây của rơ le mạch điện 1Y là cuộn dây của van điện từ thủy lực - Dựa vào phƣơng trình điều khiển và phƣơng trình tải mạch điện điều khiển đƣợc thiết kế nhƣ hình 5.3 và hình 5.4: Hình 5.3 Mạch điều khiển thủy lực cơ cấu khoan Hình 5.4 Mạch điện thủy lực cơ cấu khoan 5.1. LÝ THUYẾT ĐẠI SỐ BOOLE 5.1.1. Các phép biến đổi hàm một biến 61 5.1.2. Các luật của đại số Boole a. Luật hốn vị b. Luật kết hợp c. Luật phân phối 62 d. Luật hấp thụ e. Luật bù f. Luật De Morgan 63 5.2. PHÂN LOẠI PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 5.2.1. Điều khiển tùy thuộc Điều khiển tùy thuộc là điều khiển thƣờng các tác động đƣợc thực hiển bằng tay hoặc bằng chân. Trong điều khiển khí nến thủy lực tùy thuộc tín hiệu đầu vào là các van tác động bằng tay, chúng kích hoạt các pit tơng dịch chuyển về phía trƣớc hoặc trở về vị trí ban đầu theo mong muốn. Hình 5.5 mơ tả mạch dập đơn giản điều khiển tùy chọn. Gồm một van 4/3 cĩ nhớ 2.6, một phần tử OR, và 03 van tác động tính hiệu bằng tay. Tất cả nhƣng điều khiển tùy thuộc đồi hỏi vận hành của con ngƣời mới trở nên hiệu lực. Điều khiển tùy thuộc thích hợp ở bất cứ nơi đâu mà ta khơng quan tâm đến chu trình làm việc tự động của hê thống. Nĩi một cách khác, đây là một loại điều khiển phù hợp với những hệ thống hoạt động đợn giản , ví dụ nhƣ kẹp chặt, nâng chuyển, định vị ,.... đồng thời nĩ cũng cấp nguồn của hê thống phức tạp nữa đĩ là chi tiết cần thiết cho sự khởi động hay dừng khẩn cấp tác động trong các máy tự động Hình 5.5. Mạch điều khiển tùy thuộc 5.2.3.Điều khiển theo hành trình 64 Trong một hệ thống điều khiển theo hành trình, hoạt động của các phần tử đƣa tín hiệu khởi động các cơ cấu chuyển hƣớng hay vận hành các vịng lặp điều khiển khác đƣợc thực hiện bởi chính các phần tử chấp hành. Các tín hiệu hành trình đƣợc kích trực tiếp từ cần pit tơng ở cuối nhicủa mỗi hành trình. Tuy nhiên để thực hiện mỗi nhiệm vụ hoặc những yêu cầu nào đĩ, ta cĩ bố trí các tín hiệu hành trình ở những vị trí bất kì ở trên hành trình của pit tơng. Hình 5.6 mơ tả một mạch làm việc đƣợc lặp đi lặp lại. Ngay khi nguồn khí đƣợc cung cấp bơi van 0.1. pit tơng đƣợc khởi động qua lại trong xilanh cho tới khi nguồn khí cung cấp đƣợc đĩng lại. Van tác động con lăn 1.1 và 1.2 đƣợc bố chí nhƣ các hành trình để đƣa tín hiệu tới van nhờ trạng thái 4/2 1.3 khi cần pit tơng chạm vào con lăn. Hình 5.6. Mạch điều khiển theo hành trình 5.2.4.Điều khiển theo thời gian Điều khiển theo thời gian là trạng thái điều khiển của hệ thống tác động chỉ phụ thuộc vào dầu ép hoặc điện. Hình đại lƣợng thời gian cảu các phần tự định thời. Các phần tự định thời cĩ thể là khí nén, dầu ép hoặc điện. Hình 5.7 mơ tả hệ thống ép ủi hơi két nĩn. Khi nhần núT ấn S1 van đảo chiều 1Y đổi vị trí pit tơng 1A đi lên để ép két nĩn, đồng thời dịng điện vào phần tử relay thƣời gian T1. Sau thời gian T thì pit tơng sẽ đi xuống trở về vị trí ban đầu. Hình 5.8 là cơ cấu điều khiển dịch chuyển pit tơng khí nén để đẩy các sản phẩm theo nguyên lí thời gian. Với các phần tử thời gain sử dụng nguồn năng lƣợng lƣu chất thì chỉ hoạt động ở hai vị tríc cuối của xilanh khí nén. Thời gian chì hỗn phụ thuộc vào độ hiểu chỉnh cảu van tiết lƣu. 65 Hình 5.7. Mạch điều khiển theo thời gian Hình 5.8. Mạch điều khiển theo thời gian bằng khí nén 5.2.5.Điều khiển phối hợp Điều khiển phối hợp là các điều khiển phối các điều khiển trên Hình 5.9 là mơ tả mạch mạch điều khiển của cơ cấu ép phối hợp ba thành phần điều khiển: tùy chọn (: 2.3), hành trình 2.2 và thời gian 2.5. bình thƣờng khi cấp nguồn năng lƣợng thì phần tử 2.5 xác lập thời gian và sau thƣời gian này cĩ dịng năng lƣợng tạo ra nhƣng nĩ đi qua cửa xả của 2.3 khơng đủ áp để ksich van 2.4. ngƣợc lại nếu tác động 2.3 mà 2.5 chƣa xác lập thì dịng năng đƣợc tạo ra cũng khơng kích cho van 2.4 họat động. Tín hiệu kích van 2.4 dịch chuyển với điều kiện đồng thời nút nhấn 2.3 đƣợc tác động và sau thời gian xác lập của phần tử 2.5. khi pit tơng ép đi ra và chạm vào cơng tắc hành trình 1.2 thì van 2.4 bị kích ngƣợc lại và pit tơng lại trở về vị trí ban đầu. 66 Hình 5.9. Mạch điều khiển ép phối hợp 5.2.6. Điều khiển theo chƣơng trình cứng Các điều khiển máy mĩc hồn tồn tự động đƣợc phân theo í muốn và đƣợc chỉ định theo các điều khiển chƣơng hoặc các điều khiển liên tục. Cả hai hệ thống cĩ những lợi ích và bất lợi. Với điều khiểu chƣơng trình, các tác động đƣợc thi hành theo sự thỏa thuận với một chƣơng trình định nghĩa trƣớc. Thơng thƣờng bộ chƣơng trình bao gồm một cái trục đƣợc vận hành bằng điện lắp với một số cam ( chi tiết cam cơ khí ) điều khiển một số van tƣờng ứng chƣơng trình đƣợc biên dịch bới các cam đƣợc lắp đặt chính xác và tốc độ quay của trục cam. Hình khai triển 5.10 mơ ta một điều khiển theo cƣơng trình cúng điều khiển máy nong đầu cắt ống nhựa theo kích thƣớc. tốc độ của động cơ vận hành đồng thời đồng bộ thích ứng với khoảng thời gian của một chu kì à việc đầy đủ hồn tất trong một vịng quay. Mỗi xilanh tác động kép đƣợc điều khiển bởi van tác động con lăn 4/2 với lị xo trở về vị trí ban đầu Hình 5.10. Điều khiển theo chương trình cứng 67 5.2.7.Điều khiển tuần tự Cơ bản nhƣ phƣơng pháp điều khiển phụ thuộc hành trình, điều khiển tuần tự bao gồn phần tự chức năng định thời. Nguyên tắc của điều khiển tuần tự là hoạt động của phần tự trƣớc sẽ khởi tạo hoạt động phần tử kế tiệp. Nếu một hoạt động của phần tử nào mà bị lỗi dù bất cứ lí do nào gây lên các phần tự tiếp theo sau khơng đƣợc khởi tạo và tồn bộ hệ thống bị dừng Điều khiển tuần tự đƣợc thiết kế cho các vận hành tự động hoặc bán tự động. Bán tự động khi tín hiệu khởi động phải đƣợc tác động bằng tay cho mỗi lần chạy Hình 5.11 mơ tả mạch điều khiển tuần tự bán tự động Hình 5.12 mơ tả mạch điều khiển tuần tự hồn tồn tự động Hình 5.11. Điều khiển tuần tự bán tự động 68 Hình 5.12. Điều khiển tuần tự tự động 5.3.PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ MACH ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC Mạch điều khiển đƣợc xem nhƣ là một quả tim của một hệ thống làm việc khí nén và thủy lực. Do đĩ nhiệm vụ thiết kế hồn chỉnh một mạch điều khiển đảm bảo đƣợc sự đúng đắn về nguyên lý hoạt động, đơn giản, tin cậy, ổn định và linh hoạt là hết sức đƣợc quan tâm. Muốn vậy, cơ bản ta phải thực hiện trình tự những bƣớc sau: - Biểu diễn sơ đồ chức năng của quá trình điều khiển - Viết chƣơng trình điều khiển của các bƣớc làm việc trong quá trình - Xây dựng mạch điều khiển trên cơ sở của phƣơng trình điều khiển 5.3.1.Biểu diễn sơ đồ chức năng của quá trình điều khiển Tùy thuộc vào tính năng làm việc của hệ thống mà trong một hệ thống điều khiển cĩ thể cĩ một hay nhiều mạch điều khiển thực hiện các nhiệm vụ riêng biệt. Mặt khác, hầu hết trong các hệ thống cơng nghệ tự động hiện đại cĩ sự kết hợp rất nhiều các cơ cấu chấp hành khác nhau rất đa dạng: cơ khí, khí nén, thủy lực, điện...do đĩ trong quá trình điều khiển, tất yếu là nhiều hệ thống điều khiển đƣợc kết hợp với nhau, ví dụ điều khiển khí nén kết hợp với điện, thủy lực, điều khiển theo chƣơng trình PLC, máy tính...Để đơn giản quá trình điều khiển cũng nhƣ tối ƣu và đơn giản thiết kế ta phải thực hiện nhiệm vụ biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển đầy đủ và hồn chỉnh nhất. 5.3.1.1.Biểu đồ trạng thái a. Kí hiệu Các kí hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái của quá trình điều khiển đƣợc mơ tả nhƣ hình 5.13 Cơng tắc ngắt lúc nguy hiểm 69 Nút đĩng Nút đĩng và ngắt Nút ngắt Cơng tắc chuyển mạch Nút tự động Nút ấn Đèn báo hiệu Nút ấn tác động đồng thời Phần tử áp suất Phần tử thời gian Tín hiệu rã nhánh Liên kết OR Liên kết AND Tín hiệu tác động bằng cơ 70 Liên kết OR cĩ 1 nhánh phủ Hình 5.13. Kí hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái b.Thiết kế biểu đồ trạng thái Biểu đồ trạng thái biểu diễn các trạng thái hoạt động của các phần tử trong hệ thống, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Do đĩ nĩ đƣợc xem nhƣ là cơ sở thể hiện nguyên lý hoạt động của một hệ thống. Trục tung của biểu đồ trạng thái là biểu diễn trạng thái ( hành trình chuyển động, áp suất, gĩc quay...). Trục hồnh biểu diễn các bƣớc thực hiện hoặc là thời gian hảnh trình. Hành trình làm việc đƣợc chia thành nhiều bƣớc. Sự thay đổi trạng thái các bƣớc đƣợc biểu diễn bằng các đƣờng nét đậm. Sự liên kết các tín hiệu đƣợc thể hiện bằng các nét nhỏ và chiều tác động đƣợc biểu diễn bằng mũi tên. Ví dụ: Thiết kế biểu đồ trạng thái của quy trình điều khiển sau: Xy lanh tác dụng kép 1A dẫn hƣớng các phơi cục trịn đến một khâu làm việc kế tiếp. Ở hai phía đầu và cuối hành trình cĩ gắn hai cữ hành trình 1S2 và 1S3. Pít tơng dịch chuyển đẩy phơi (hành trình đi) khi đồng thời 1S2 và nút nhấn 1S1 đƣợc tác động. Thời gian của hành trình đi là t1 = 0.6s, thời gian hành trình về t2 = 0.4s, thời gian pít tơng lƣu trú tại vị trí 1S3 là t3 = 1s Hình 5.14. Biểu đồ trạng thái và mạch điều khiển xy lanh dẫn hướng phơi 5.3.1.2. Sơ đồ chức năng a. Kí hiệu 71 Sơ đồ chức năng bao gồm các lệnh và các bƣớc thực hiện. Các bƣớc thực hiện đƣợc kí hiệu theo số thứ tự và các lệnh gồm tên, loại lệnh và vị trí ngắt của lệnh (hình 5.15) Hình 5.15. Kí hiệu các bước và lệnh thực hiện b. Thiết kế sơ đồ chức năng Ví dụ thiết kế mạch điều khiển khí nén theo sơ đồ chức năng sau: Hình 5.16. Sơ đồ chức năng điều khiển hành trình 2 xy lanh (1A+ 2A+ 2A- 1A-) Kí hiệu các lệnh thực hiện nhƣ sau: S - Loại lệnh nhớ. NS - Loại lệnh khơng nhớ. SH - Loại lệnh nhớ, mặc dùng dịng năng lượng trong hệ thống mất đi. T - Loại lệnh cĩ giới hạn thời gian. D - Loại lệnh bị chậm trễ. 72 SD - Loại lệnh nhớ và bị chậm trễ. NSD - Loại lệnh khơng nhớ nhưng chậm trễ. ST - Loại lệnh nhớ và giới hạn thời gian. Sơ đồ mạch điều khiển khí nén cho sơ đồ chức năng hình 5.16 Hình 5.17. Mạch điều khiển khí nén 2 xy lanh 1A và 2A 5.3.1.3. Lƣu đồ tiến trình a. Kí hiệu Lƣu đồ tiến trình là giải thuật (thuật tốn) của một quá trình điều khiển. Thể hiện các trình tự hoạt động, những tín hiệu tác động ảnh hƣởng đến hệ thống điều khiển. Các kí hiệu và thứ tự vị trí đƣợc mơ tả nhƣ hình 5.18 Hình 5.18. Kí hiệu biểu diễn lưu đồ tiến trình b. Thiết kế lưu đồ tiến trình Nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển nhƣ hình 5.19 đƣợc thực hiện nhƣ sau 73 Hình 5.19. Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển - Bƣớc thực hiện thứ nhất: Khi pít tơng ở vị trí ban đầu (1S2=1, 1S3=0) nút nhấn khởi động 1S1 tác động pít tơng đi ra (1A+). - Bƣớc thực hiện thứ hai: Khi pít tơng đi đến cuối hành trình trạm cơng tắc 1S2, pít tơng sẽ lùi về (1A-). - Bƣớc thực hiện thứ ba: Tại vị trí ban đầu pít tơng trạm cơng tắc 1S2, quá trình điều khiển kết thúc. Quá trình điều khiển đƣợc viết nhƣ sau: - Bƣớc thực hiện thứ nhất: 1S1ᴧ1S2ᴧ1S3 = 1A+ →1S3 - Bƣớc thực hiện thứ hai: 1S3 = 1A1- →1S2 - Bƣớc thực hiện thứ ba: 1S2 = kết thúc quá trình Hình 5.20. Lưu đồ tiến trình điều khiển 5.3.1.4.Viết phƣơng trình điều khiển 74 Dựa vào biểu đồ trạng thái hoạt động theo thời gian của quá trình làm việc hệ thống, dựa vào lý thuyết đại số Boole và các phần tử cĩ chức năng nhớ trạng thái ta cĩ thể viết ra đƣợc các phƣơng trình các bƣớc điều khiển quá trình. Ta cĩ thể tối ƣu các phƣơng trình điều khiển đĩ chứa ít các tham số biến vào ra để đơn giản mạch điều khiển. Ví dụ: Quy trình điều khiển pít tơng để nén chặt các bã đậu thành các khối bánh đƣợc mơ tả nhƣ hình 5.21. Tại các vị trí S0, S1, S2 cĩ các cơng tắc hành trình tƣơng ứng x0, x1 và x2. Nút nhấn thực hiện hành trình ép là Sp. Đầu tiên pít tơng chạy với tốc độ v1 trong đoạn hành trình khơng ép S0S1, và sẽ chạy chậm với v2 tronh hành trình S1S2. Gặp S2 pít tơng sẽ giật lùi về với tốc độ lớn nhất v3 và kết thúc chu kỳ ép tại S0 Ta xây dựng đƣợc sơ đồ mạch động lực nhƣ sau Hình 5.21. Hệ thống ép bã đậu Hình 5.22. Biểu đồ trạng thái và hành trình của hệ thống ép bã đậu Bước 0 - 1 Tại vị trí khởi đầu của bƣớc 0-1, khi đồng thời S0 bị tác động và nút Sp đƣợc nhấn thì thực hiện bƣớc 0-1, tức là A+ thực hiện và nĩ vẫn thực hiện sau khi ta thả nút nhấn điều này phải nhớ trạng thái của A+ 75 Phƣơng trình nhƣ sau:  0 p 0 1K S S K S      Bước 1 - 2 Tại vị trí 1 tín hiệu S1 tác động kết thúc bƣớc 0-1 và thực hiện bƣớc 1-2, cũng là A+ nhƣng vận tốc là v1. Khi thực hiện 1-2 thì S1 thơi tác động, vẫn thực hiện A+ tức là phải nhớ trạng thái này. Phƣơng trình nhƣ sau:  1 1 1 2 2K S K S K      Bước 2 - 3 Khi pít tơng gặp S2 thì kết thúc bƣớc 1-2 và thực hiện bƣớc giật lùi 2-3 (A-) và kết thúc tại S0. Khi thực hiện bƣớc 2-3 thì S2 thơi tác động nhƣng A- vẫn hoạt động, tức phải cĩ nhớ trạng thái của nĩ. Phƣơng trình nhƣ sau:  2 2 2 0K S K S   5.3.1.5.Vẽ sơ đồ mạch điều khiển Mạch điều khiển là tổ hợp các tầng. Tầng là tổ hợp các phần tử logic điện theo các phƣơng trình điều khiển đã viết đƣợc ở trên. Mỗi phƣơng trình điều khiển cĩ thể xem nhƣ là một tầng. Trong đĩ Kn Là hàm của các tầng và đƣợc gán choa các đầu ra cơng suất của các van điều khiển Hình 5.23. Sơ đồ mạch điện điều khiển của hệ thống ép bã đậu Ví dụ: Một thanh hàn nhiệt điện đƣợc ép vào trong một trống trịn xoay đƣợc làm mát bằng xy lanh khí nén tác động kép (1A) và hàn tấm plastic thành các ống hình 5.24 76 Hình 5.24. Thanh hàn nhiệt điện Hành trình duỗi ra đƣợc kích bằng nút nhấn 1S1. Hành trình duỗi với áp suất là 4 bar và khi 1S4 đƣợc tác động thì bắt đầu ép cho tới áp suất 8 bar thì pít tơng giật về. Gặp 1S3 thì pít tơng dừng lại, sau 2s thì chu kỳ ép mới lặp lại. Trong mạch sử dụng van điện từ 5/2. Xây dựng mạch điều khiển cơ cấu hàn điện. Lời giải: * Biểu đồ trạng thái đƣợc mơ tả nhƣ hình 5.25 Hình 5.25. Biểu đồ trạng thái thanh hàn nhiệt điện Viết phƣơng trình điều khiển: Vì hoạt động của hệ thống đƣợc hoạt động liên tục do vậy trạng thái nhấn của 1S1 tại (1) đƣợc duy trì trong suốt quá trình  0 1 0K 1S K  Bƣớc 1-2: Phƣơng trình nhƣ sau:  1 1 3 1 2 1 4 1 2 K 1S 1S K P K K 1S 1Y1 K 2Y1 K           Bƣớc 2-3: Phƣơng trình nhƣ sau:  3 3 3 3 K p K 1S 1Y2 K     77 Bƣớc 3-1: Thực hiện chu kỳ tiếp theo sau khoảng thời gian trì hỗn 2s. Phƣơng trình nhƣ sau:   4 3 0 1 4 1 K 1S t K K K K      Xây dựng mạch điều khiển: Dựa vào các phƣơng trình trên ta cĩ mạch điều khiển nhƣ hình 5.26 Hình 5.26. Sơ đồ mạch điện điều khiển thanh hàn nhiệt điện 5.4. THIẾT KẾ MACH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN –KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 5.4.1.Nguyên tắc thiết kế Sơ đồ mạch điện – khí nán gồm 2 phần - Sơ đồ mạch điều khiển - Sơ đồ mạch điện – khí nén Các phần tử trong sơ đồ a. Tiếp điểm: Thƣờng mở Thƣờng đĩng Chuyển mạch Đĩng chậm Mở chậm 78 Nhả chậm b. Nút nhấn: Thƣờng mở Thƣờng đĩng Chuyển mạch Chuyển mạch 4 đầu dây c. Rơ le: Kí hiệu chung Tác động chậm Cuộn dây nhả chậm Cuộn dây và tiếp điểm d. Cơng tắc hành trình: Cơng tắc hành trình loại cơ điện ( Loại tiếp xúc ) 79 Cơng tắc hành trình nam châm ( Loại khơng tiếp xúc ) 5.4.2.Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén với 1 xylanh theo phƣơng pháp nhịp Hình 5.27. Biểu đồ trạng thái và sơ đồ mạch khí nén Sơ đồ mạch điện điều khiển đƣợc biểu diễn ở trong hình 5.28, rơ le K2 sẽ đĩng, đĩ là tiếp điểm K2 ở nhánh thứ ba và K2 ở nhánh thứ năm. Khi nhả nút ấn S2, nhờ tiếp điểm duy trì K2 ở nhánh thứ ba, rơ le K2 vẫn cĩ điện và tiếp điểm K2 ở nhánh thứ năm – tiếp điểm đĩng để dịng điện qua cuộc cảm ứng của van đảo chiều, xi lanh đi tới. Khi tác động vào nút nhấn S1 dịng điện trong nhánh hai mất, rơ le K2 mất điện, các tiếp điểm tƣơng ứng mở ra và xilanh sẽ lùi về Hình 5.28. Mạch điều khiển với tiếp điểm tự duy trì  Mạch điều khiển với rơ le thời gian tác động muộn Biểu đồ trạng thái, sơ đồ mạch khí nén đƣợc trình bày ở hình 5.29. Sơ đồ mạch điều khiển với phần tử tự duy trì và rơ le thời gian tác động muộn. Sau thời gian t1 cơng tắc hành trình điện – cơ S2 đĩng (vị trí cuối hành trình), thì rơ le thời gian tác động muộn K2 mới cĩ điện 80 Hình 5.29 Biểu đồ trạng thái và mạch khí nén Hình 5.30 Mạch điều khiển tự duy trì với rơ le thời gian đĩng chậm 5.4.3.Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén với 2 xylanh theo phƣơng pháp nhịp * Mạch điều khiển theo nhịp Quy trình mạch điều khiển theo nhịp với 2 xi lanh biểu diễn trên hình 5.31. Khi tác động vào nút nhất S5, các xi lanh sẽ thực hiện theo quy trình đề ra Hình 5.31 Quy trình điều khiển hai xy lanh máy khoan Mỗi nhịp đều cĩ mạch tự duy trì. Sauu khi ấn nút khởi động S5. Lần lƣợt nhịp 1 cho đến các nhịp tiếp theo sẽ đĩng mạch. Nhịp cuối cùng tác động cho quy trình trở về vị trí ban đầu 81 Hình 5.32 Mạch điều khiển hai xy lanh máy khoan Nếu ta chọn van đảo chiều 4/2 xung, cả hai phía tác động bằng nam châm điện, sơ đồ mạch điều khiển điện biểu diễn ở trên hình 5.27. Mặc dầu mỗi nhịp có mạch tự duy trì, nhưng nếu nhịp tiếp theo được thực hiện, khi nhịp trước đó phải được xóa. Hình 5.33 Mạch điều khiển hai xy lanh máy khoan với van đảo chiều xung 4/2 5.5.THIẾT KẾ MACH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY Hình 5.33 Mạch điều khiển hai xi lanh máy khoan với van đảo chiều 4/2 5.5. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC BẰNG PHƢƠNG PHÁP GRAFCET a. Các bước thực hiện khi thiết kế mạch bằng phương pháp Grafcet Bƣớc 1: Phân tích tín hiệu vào/ra Bƣớc 2: Lập Grafcet 1 (G1) là một đồ hình trạng thái mà trên các trang thái ngƣời ta ghi bằng chữ chi tiết các hàng vi hoạt động cơng nghệ theo đúng yêu cầu. 82 Bƣớc 3: Lập Grafcet 2 (G2): Chọn thiết bị trong đĩ các thiết bị điều khiển là các tín hiệu vào, các thiết bị chấp hành là các tín hiệu ra. Sau đĩ thay việc mơ tả cơng nghệ bằng chữ viết bằng ký hiệu các thiết bị vào và ra. Bƣớc 4: Thiết lập các phƣơng trình logic của các phần tử. Bƣớc 5: Thiết lập mạch lực và mạch điều khiển  Ví dụ áp dụng Cho cơng nghệ điều khiển nhƣ hình 5.34, thiết kế mạch điều khiển theo phƣơng phap Grafcet. Hình 5.34 Cơng nghệ trên nếu sử dụng cơ cấu chấp hành là các động cơ thì nguyên lý mạch lực tƣơng tự nhƣ các mạch đã thiết kế. Với ví dụ này, giả sử cơ cấu chấp hành của cơng nghệ là các xilanh khí nén, vậy nên mạch lực và mạch điều khiển sẽ đƣợc xây dựng trên các thiết bị điện khí nén. Các bƣớc tiến hành. Bƣớc 1: Phân tích tín hiệu vào/ra (bảng 5.1) Bảng 5.1. Tín hiệu vào ra cho cơng nghệ hình 5.34 Tín hiệu vào Tín hiệu ra m: Tín hiệu khởi động. a0: là tín hiệu báo trạng thái chuyển động đi xuống. b0: là tín hiệu báo trạng thái chuyển động sang phải. a1: là tín hiệu báo trạng thái chuyển động đi lên. b1: là tín hiệu báo trạng thái chuyển động sang trái. A+: Trạng thái xuống. A- : Trạng thái lên B+: Trạng thái sang trái B-: Trạng thái sang phải Bƣớc 2: Thiết lập Grafcet 1 (hình 5.35) 83 0 1 Trạng thái ban đầu Đã ở trạng thái ban đầu Và tín hiệu khởi động Xác lập trạng thái ban đầu Đi xuống Hết hành trình đi xuống 2 Đi lên Hết hành trình đi lên 3 Sang phải Hết hành trình sang phải 4 Sang trái Hết hành trình sang trái Hình 5.35 Grafcet 1 cho cơng nghệ hình 5.34 Bƣớc 3: Thiết lập Grafcet 2 (hình 5.35) 0 1 Nếu a0=0: A- Nếu b0=0: B- a0,b0, m g A+ a1 2 A- a0 3 B+ b1 4 B- b0 Hình 5.36. Grafcet 1 cho cơng nghệ hình 5.34 84 Bƣớc 4: Xác định hàm điều khiển 0 0 4 0 1 1 1 0 0 0 1 2 3 2 1 1 2 3 0 0 2 3 0 2 3 4 0 0 4 4 1 3 4 0 ( . ) ( . . ) ( . ) ( . ) ( . ) M g b M m M A M M m a b M m M B M M a M m M A M a M M a M m M B M b M M b M m M                              Bƣớc 5: Thiết lập sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển Nguyên tắc thiết lập tƣơng tự nhƣ các bài tập đã thiết kế. Với cơ cấu chấp hành là các động cơ ta sử dụng phần mềm CADe SIMU để mơ phỏng mạch điều khiển. Khi cơ cấu chấp hành là các xilanh khí nén hoặc thủy lực thì ta sử dụng phần mềm Festo Fluidsim 3.6 để mơ phỏng mạch điều khiển . Phần mềm Fluidsim 3.6 cũng khá dễ sử dụng, chỉ với thao tác kéo thả và nối dây. Mạch điều khiển điện – khí nén đƣợc xây dựng trên phân mềm Fluidsim 3.6 cho cơng nghệ trên nhƣ hình 3.28. S