Giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử

g hệ thống tự động hĩa. Với mục đích đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên chất lượng cao và chuẩn hĩa được tài liệu cho mọi người muốn tìm hiểu, nghiên cứu về Khí nén – Thủy lực. Những mong muốn làm thế nào để mọi người cĩ thể cùng nghiên cứu và đưa ứng dụng Khí nén – Thủy lực vào sản xuất. Với những kiến thức và hiểu biết về lĩnh vực khí nén, những tài liệu tham khảo từ nhiều hãng, tài liệu về hệ thống MPS của hãng Festo đã giúp tơi hồn thiện tài liệu Điều khiển khí nén – Thủy lực. Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp. giáo trình mơ đun Điều khiển khí nén – Thủy lực là một trong những giáo trình đào tạo chuyên ngành Cơ điện tử được biên soạn theo nội dung chương trình đào tạo của Trường cao đẳng nghề Kỹ thuật Cơng nghệ. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau. Nhĩm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới cĩ liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời cĩ tính thực tiễn cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 90 giờ gồm cĩ: Phần 1: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, ĐIỆN - KHÍ NÉN Bài 1: Cơ sở lý thuyết về khí nén Bài 2: Hệ thống thiết bị sản xuất và phân phối khí nén Bài 3: Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén Bài 4: Cơ cấu chấp hành Bài 5: Điều khiển bằng khí nén, điện – khí nén Bài 6: Tìm và sửa lỗi trong hệ thống điều khiển khí nén, điện - khí nén Phần 2: ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC Bài 1: Khái miện về hệ thống truyền động thủy lực Bài 2: Cung cấp và xử lý dầu Bài 3: Các phần tử trong hệ thống điều khiên thủy lực 3 Bài 4: Điều khiển thủy lực và điện – thủy lực Những kiến thức của tơi cũng chỉ nhỏ bé và mong cùng trao đổi, học hỏi và cùng chia sẻ với mọi người trong cùng lĩnh vực. Nếu cĩ sai sĩt và bổ sung mong sự giúp đỡ của tất cả những bạn bè trong cùng lĩnh vực giúp. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ 4 MỤC LỤC TRANG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ................................................................................................ 1 LỜI GIỚI THIỆU .............................................................................................................. 2 MỤC LỤC ........................................................................................................................... 4 Tên mơ đun: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN – THỦY LỰC ..................................................... 7 Phần 1: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, ĐIỆN - KHÍ NÉN .................................................. 12 BÀI 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN ............................................................... 12 1. Sự phát triển của kỹ thuật khí nén .............................................................................................. 12 2. Khả năng ứng dụng của khí nén ................................................................................................. 13 3. Những đặc trưng cơ bản và ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khí nén ......................... 14 4. Các đại lượng vật lý và đơn vị đo .............................................................................................. 16 CÂU HỎI ƠN TẬP ...................................................................................................... 23 BÀI 2: HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI KHÍ KHÍ NÉN ........ 24 1. Máy nén khí. ............................................................................................................................... 24 2. Thiết bị xử lý khí nén. ................................................................................................................ 26 3. Bình chứa khí nén....................................................................................................................... 30 4. Mạng đường ống dẫn khí nén ..................................................................................................... 31 CÂU HỎI ƠN TẬP ...................................................................................................... 38 BÀI 3: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN .................. 39 1. Van đảo chiều. ............................................................................................................................ 39 2. Van chặn. .................................................................................................................................... 48 3. Van tiết lưu. ................................................................................................................................ 51 4. Van áp suất. ................................................................................................................................ 53 5. Van điều chỉnh thời gian ............................................................................................................ 55 6. Phần tử chuyển đổi tín hiệu ........................................................................................................ 57 7. Dụng cụ đo ................................................................................................................................. 58 8. Van chân khơng. ......................................................................................................................... 61 CÂU HỎI ƠN TẬP ...................................................................................................... 63 BÀI 4: CƠ CẤU CHẤP HÀNH ................................................................................... 64 1. Chức năng – Yêu cầu ................................................................................................................. 64 2. Xi lanh khí nén ........................................................................................................................... 64 5 3. Động cơ khí nén ......................................................................................................................... 72 4. Bộ biến đổi áp lực ...................................................................................................................... 76 BÀI 5: ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN, ĐIỆN - KHÍ NÉN ..................................... 78 1. Khái niệm về hệ thống điều khiển khí nén ................................................................................. 78 2. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển ........................................................................... 79 3. Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén ...................................................................................... 83 4. Các phần tử điện và điện - khí nén ............................................................................................. 94 5. Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén .................................................................................. 105 BÀI 6: TÌM VÀ SỬA LỖI TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, ĐIỆN – KHÍ NÉN .............................................................................................................. 111 1. Phương pháp tìm và sửa lỗi. ..................................................................................................... 111 2. Các bài tập thực hành sửa lỗi. .................................................................................................. 123 Phần 2: ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC ............................................................................. 133 BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC .................... 133 1. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của truyền động thủy lực. ............................................ 133 2. So sánh đặc trưng các loại truyền động .................................................................................... 134 3. Tổn thất trong hệ thống thủy lực .............................................................................................. 135 4. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực.................................................................................. 139 5. Các định luật cơ bản của chất lỏng. .......................................................................................... 141 1. Lực ......................................................................................................................................... 142 CÂU HỎI ƠN TẬP .................................................................................................... 144 BÀI 2: CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ DẦU ..................................................................... 146 1. Bơm và động cơ dầu. ................................................................................................................ 146 1.3.2.. Bơm trục vít. ...................................................................................................................... 151 2. Bể dầu. ...................................................................................................................................... 155 3. Bộ lọc dầu................................................................................................................................. 157 4. Bình trích chứa ......................................................................................................................... 161 5. Đo áp suất và lưu lượng. .......................................................................................................... 165 6 Điều khiển, điều chỉnh áp suất và lưu lượng bơm ..................................................................... 168 BÀI 3: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC ........... 169 1. Van đảo chiều ........................................................................................................................... 169 2. Van áp suất ............................................................................................................................... 171 3. Van một chiều .......................................................................................................................... 177 6 4. Van tiết lưu ............................................................................................................................... 180 5. Bộ ổn tốc .................................................................................................................................. 183 6. Xi lanh thủy lực (cơ cấu chấp hành)......................................................................................... 184 7. Ống dẫn, ống nối ...................................................................................................................... 191 BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC VÀ ĐIỆN – THỦY LỰC ................................. 195 1. Khái niệm ................................................................................................................................. 195 2. Mạch thủy lực điều khiển bằng tay .......................................................................................... 197 3. Mạch điều khiều bằng điện - thủy lực. ..................................................................................... 198 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 207 7 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN – THỦY LỰC Mã mơ đun: CĐT 29 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun: - Vị trí: Điều khiển khí nén – Thủy lực là mơ đun chuyên mơn trong chương trình đào tạo cao đẳng Cơ điện tử. Mơ đun này được bố trí học sau khi sinh viên hồn thành mơ đun Điện cơ bản, Điện tử cơ bản, Kỹ thuật cảm biến, Điện tử cơng suất. - Tính chất: Là mơ đun tích hợp lý thuyết với thực hành. - Ý nghĩa và vai trị của mơn học/mơ đun: + Ý nghĩa: Mơ đun bắt buộc đã đĩng gĩp cho ngành tự động hố hay cơ điện tử một kiến thức đầy đủ nhất hệ thống điều khiển. + Vai trị: Gĩp phần trong việc điều khiển hệ thống tự động trong cơng nghiệp làm phong phú quá trình điều khiển. Mục tiêu của mơ đun: - Kiến thức: + Lựa chọn và sử dụng các loại dụng cụ cần thiết cho cơng việc cơ bản điện và trình bày được cơng dụng của chúng. + Vẽ được sơ đồ lắp ráp mạch điện và thực hiện theo đúng các bước của qui trình lắp ráp. - Kỹ năng: + Sử dụng thành thạo và đúng chức năng các thiết bị, dụng cụ tương ứng. + Tháo, lắp, bảo dưỡng, hiệu chỉnh được một số thiết bị điện, máy điện thong dụng trong hệ thống cơ điện tử + Bảo quản tốt các thiết bị, dụng cụ, sản phẩm. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện thái độ làm việc chuyên nghiệp; tinh thần tích cực học tập, chủ động trau dồi kiến thức, tu dưỡng đạo đức nghề nghiệp. Nội dung của mơn học/mơ đun: Số TT Tên các bài trong mơ đun Thời gian (giờ) Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, Kiểm tra 8 thảo luận, bài tập Phần 1: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, ĐIỆN - KHÍ NÉN 58 19 36 3 1 Bài 1: Cơ sở lý thuyết về khí nén 1. Sự phát triển của kỹ thuật khí nén 2. Khả năng ứng dụng của khí nén 3. Những đặc trưng cơ bản và ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khí nén 4. Các đại lượng vật lý và đơn vị đo 5 2 3 2 Bài 2: Hệ thống thiết bị sản xuất và phân phối khí nén 1. Máy nén khí. 2. Thiết bị xử lý khí nén. 3. Bình chứa khí nén 4. Mạng đường ống dẫn khí nén 7 2 4 1 3 Bài 3: Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén 1. Van đảo chiều. 2. Van chặn. 3. Van tiết lưu. 4. Van áp suất. 5. Van điều chỉnh thời gian 6. Phần tử chuyển đổi tín hiệu 7. Dụng cụ đo 8. Van chân khơng. 16 6 10 9 4 Bài 4: Cơ cấu chấp hành 1. Chức năng – Yêu cầu 2. Xi lanh khí nén 3. Động cơ khí nén 4. Bộ biến đổi áp lực 6 2 3 1 5 Bài 5: Điều khiển bằng khí nén, điện – khí nén 1. Khái niệm về hệ thống điều khiển khí nén 2. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển 3. Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén 4. Các phần tử điện và điện - khí nén 5. Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén 19 5 14 6 Bài 6: Tìm và sửa lỗi trong hệ thống điều khiển khí nén, điện - khí nén 1. Phương pháp tìm và sửa lỗi. 2. Các bài tập thực hành sửa lỗi. 5 2 2 1 Phần 2: ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC 28 8 19 1 7 Bài 1: Khái miện về hệ thống truyền động thủy lực 1. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của truyền động thủy lực. 2. So sánh đặc trưng các loại truyền động 4 2 2 10 3. Tổn thất trong hệ thống thủy lực 4. Độ nhớt và yêu cầu đối với dầu thủy lực 5. Các định luật cơ bản của chất lỏng. 8 Bài 2: Cung cấp và xử lý dầu 1. Bơm và động cơ dầu. 2. Bể dầu. 3. Bộ lọc dầu 4. Bình trích chứa 5. Đo áp suất và lưu lượng. 6 Điều khiển, điều chỉnh áp suất và lưu lượng bơm. 5 1 4 9 Bài 3: Các phần tử trong hệ thống điều khiên thủy lực 1. Van đảo chiều 2. Van áp suất 3. Van một chiều 4. Van tiết lưu 5. Bộ ổn tốc 6. Xi lanh thủy lực (cơ cấu chấp hành) 7. Ống dẫn, ống nối 9 3 6 10 Bài 4: Điều khiển thủy lực và điện – thủy lực 1. Khái niệm 2. Mạch thủy lực điều khiển bằng tay 3. Mạch điều khiều bằng điện - 10 2 7 1 11 thủy lực. Thi kết thúc mơ đun 4 4 Cộng 90 27 55 8 12 Phần 1: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, ĐIỆN - KHÍ NÉN BÀI 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN Mã bài: MĐ CĐT 29- 01 - 01 Giới thiệu: Trong bài này sẽ cho người học cĩ những kiến thức, khái niệm về khí nén, điện – khí nén và những ứng dụng trong hệ thống tự động hĩa, cơ điện tử. Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm và đặc điểm hệ truyền động bằng khí nén. - Phân tích được các đại lượng đặc trưng của khí nén và ứng dụng của chúng trong cơng nghiệp. - Rèn luyện tính chủ động, nghiêm túc trong học tập và trong cơng việc. Nội dung chính: 1. Sự phát triển của kỹ thuật khí nén Như chúng ta đã biết, khơng khí nén là một dạng năng lượng cũ mà con người đã sử dụng thay thế cho các lực cơ học. Từ hàng ngàn năm trước, khơng khí đã nén đến mức cĩ thể chảy được. Nĩ cịn là một trong bốn phần tử cơ bản được thừa nhận bởi người xưa. Người ta sử dụng chúng một cách cĩ ý thức hoặc vơ thức. Một trong những bước đầu tiên là sự hiểu biết của chúng ta về việc ứng dụng kỹ thuật khí nén, cĩ nghĩa là dùng khơng khí nén đến mức cĩ thể chảy được để cơng tác. Một người Hy lạp tên KTESIBIOS, cách đây hơn 2000 năm, đã chế tạo ra máy bắn đá đầu tiên bằng khí nén. Một trong những cuốn sách đầu tiên đã ghi lại việc sử dụng khơng khí nén như một nguồn năng lượng vào ngày đầu tiên của cơng nguyên. Nĩ đã mơ tả lại các bộ phận điều khiển bằng khơng khí nĩng. Từ "Pneuma" là từ cổ Hy lạp cĩ nghĩa là giĩ, là hơi thở và trong Triết học nĩ cĩ nghĩa là linh hồn. "Pneumatic" là một trong những cách miêu tả từ "Pneuma". Đĩ là ngành khoa học về khí động lực học và các hiện tượng liên quan đã được đúc kết. 13 Sự hiểu biết của nhân loại về khoa học khí nén từ những thế kỷ đầu, song phải chờ đến thế kỷ này mới được chúng ta nghiên cứu cĩ hệ thống. Từ khi đĩ kỹ thuật khí nén đã thực sự đi vào các ngành cơng nghiệp. Điều đáng quan tâm là khơng khí nén được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quan trọng, ví dụ như trong cơng nghiệp khai thác quặng mỏ, đường sắt, dệt, cơng nghiệp thực phẩm, Mặc dù ban đầu cĩ nhiều thiếu sĩt nhưng sự bổ sung thường xuyên những tri thức, kinh nghiệm thực tế nên sự áp dụng kỹ thuật khí nén được phát triển ngày càng mạnh hơn. Ngày nay khơng khí nén được dùng rộng rải trong các nhà máy hiện đại, được bố trí thành hệ thống nguồn cung cấp như hệ thống điện. 2. Khả năng ứng dụng của khí nén 2.1. Trong lĩnh vực điều khiển Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực cĩ 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. Ngồi 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 lị hơi, thiết bị mạ điện, đĩng gĩi, bao bì và trong cơng nghiệp hĩa chất. 2.2. Hệ thống truyền động - Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: máy khai thác đá, khai thác than, xây dựng hầm mỏ, đường hầm - Truyền động quay: các động cơ quay với cơng suất lớn, mặc dù giá thành đắt gấp 10 đến 15 lần so với động cơ điện cĩ cùng cơng suất, nhưng thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30%. Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M30, máy khoan cĩ cơng suất khoảng 3,5kW, máy mài cĩ cơng suất khoảng 2,5kW - Truyền động thẳng: được sử dụng trong các đồ gá kẹp chặt, các thiết bị đĩng gĩi, máy gia cơng gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong các hệ thống phanh hãm của ơ tơ. - Trong các hệ thống đo và kiểm tra, trong các hệ thống vận chuyển xi măng. 14 3. Những đặc trưng cơ bản và ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khí nén 3.1. Những đặc trưng cơ bản của hệ thống truyền động khí nén - Cĩ thể người ta sẽ ngạc nhiên về những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực khí nén với một thời gian quá ngắn. - Điều này cĩ thể tự hiểu như một sự kiện mà ta khơng thể khơng nhận biết rằng khơng một cách nào đơn giản hơn và hợp lý hơn để giải quyết những vấn đề cơ khí hĩa và tự động hĩa. - Các đặc trung cơ bản của khơng khí nén là: + Về số lượng: khơng khí cĩ sẵn ở khắp nơi nên cĩ thể nén với số lượng vơ hạn + Về vận chuyển: khơng khí nén cĩ thể vận chuyển trong các đường ống, với một khoảng cách nhất định. Các đường ống dẫn về thì khơng cần thiết vì khí sẽ được cho thốt ra ngồi mơi trường sau khi đã cơng tác. + Về lưu trữ: máy nén khí khơng nhất thiết phải hoạt động liên tục. Khí nén cĩ thể đuợc 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: khơng khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ. + Về chống cháy nổ: khơng một nguy cơ nào gây cháy bởi khí nén, nên khơng tốn chi phí phịng cháy. Hoạt động với áp suất khoảng 6 bar nên phịng nổ khơng quá phức tạp. + Về tính sạch sẽ: khí nén thì trong sạch, ngay cả trong trường hợp là dịng chảy trong các đường ống hay là trong các thiết bị, khơng một nguy cơ gây bẩn nào được quan tâm đến. Tính chất này rất cần thiết trong các ngành cơng nghiệp chuyên biệt như cơng nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản và thuộc da. + Về cấu tạo các trang thiết bị: đơn giản nên rẻ tiền + Về vận tốc: khơng khí nén là một dịng chảy cĩ lưu tốc lớn, cho phép đạt được tốc độ cao (vận tốc làm việc các xy lanh thường từ 1-2m/s, cá biệt cĩ thể đạt đến 5 m/s). + Về tính điều chỉnh: vận tốc và lực của những thiết bị cơng tác bằng khí nén được điều chỉnh một cách vơ cấp. + Về sự quá tải: các cơng cụ và các thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho đến khi chúng dừng hồn tồn, cho nên sẽ khơng xảy ra quá tải. 15 - Để phân định một cách cặn kẽ các lĩnh vực áp dụng kỹ thuật khí nén, cần phải biết đến các tính chất khơng thể khơng chú trọng đến như: + Cách xử lý: khơng khí nén phải được chuẩn bị sao cho khơng chứa bụi bẩn, tạp chất hay nước, vì chúng sẽ gây mịn cho các phần tử khí nén. + Tính chịu nén: khơng khí cĩ thể nén được cho phép thay đổi và điều chỉnh vận tốc của piston. + Độ lớn lực tác dụng: khơng khí được nén sẽ khơng kinh tế nếu chưa đạt một cơng suất nhất định. Ap suất làm việc thường được chấp nhận 7 bars. Độ lớn lực giới hạn từ 20.000 - 30.000 N (2.000 - 3.000 kp), cịn phụ thuộc vào vận tốc và hành trình. + Sự thốt : khi khí nén xả sẽ tạo ra âm thanh ồn, nhưng nhờ cĩ các bộ phận giảm thanh gắn ở từng đường thốt do đĩ vấn đề này cũng đã được giải quyết. + Gía thành: khơng khí nén là nguồn năng lượng dồi dào, đơn giản và sẳn cĩ nên gía thành của hệ thống sử dụng sẽ rẻ. 3.2. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khí nén 3.2.1. Ưu điểm Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của khơng khí, do vậy khả năng tích chứa áp suất nén một cách thuận lợi. Như vậy cĩ khả năng ứng dụng để thành lập một trạm tích chứa khí nén. - Cĩ 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) khơng cần thiết - Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén - Hệ thống phịng ngừa quá tải áp suất giới hạn được bảo đảm. 3.2.2. 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 đĩ khơng thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặc quay đều.  Khí thốt ra gây ra tiếng ồn 16 Do đĩ hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ khí, hoặc khí nén với điện, điện tử. Do vậy rất khĩ xác định một cách chính xác ưu khuyết điểm của từng hệ thống điều khiển. 4. Các đại lượng vật lý và đơn vị đo 4.1. Các đại lượng vật lý Bề mặt địa cầu được bao quanh bởi một lớp khơng khí. Đây là một hỗn hợp các khí cần thiết cho sự sống, cĩ tỷ lệ tương ứng như sau:  Nitơ chiếm 78% thể tích  Oxy chếm 21% thể tích  Cịn lại là một số khí khác như: carbonic, argon, hydro, neon, heli, cryton, và xenon Để hiểu rõ thêm các định luật về động lực học và trạng thái của khơng khí, người ta đã liệt kê ra sau đây các thơng số về vật lý và cùng với các hệ thống đo lường. Để thuận lợi trong việc nghiên cứu và ứng dụng, người ta thường dùng hai hệ thống đo: hệ thống đo "Kỹ thuật" và hệ thống đo "SI". Các thơng số cơ bản Thơng số Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI Chiều dài l Mét (m) Mét (m) Khối lượng m Kp.s2/m Kg Thời gian t Giây (s) Giây (s) Nhiệt độ T 0C 0K Cường độ dịng điện I Ampere (A) A Cường độ ánh sáng Cd Cadela Các thơng số dẫn xuất Thơng số Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI Lực F Kp = kg.f = 9,8N 1N = 1 kg.m/s2 17 Diện tích A m2 m2 Thể tích V m3 m3 Lưu lượng Q m3/s m3/s Ap suất P at Pa ( kỹ thuật ) 1 Pa = 1 N/m2 kp/cm2 Bar 1 Bar = 105 Pa Kết hợp giữa hệ thống đo lường kỹ thuật và quốc tế ta cĩ cơng thức Newton F = m . a trong đĩ : m - khối lượng a - gia tốc g - gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2 ) Giữa các cơng thức trên tồn tại mối quan hệ sau: Khối lượng 1 (kg) = 1 kp.s2/ 9,81.m Lực 1 (kp) = 9,81 (N) Để đơn giản cho tính tốn ta lấy 1 (kp) = 10 (N) Nhiệt độ Ở điểm 0: 00C = 273 K (Kelvin) Ở nhiệt độ khác: 10C = 1 K (Kelvin) Ap suất * Atmosphere, [at]: 1 at = 1 kp/cm2 = 0,981 bar * Pascal, Pa ; bar: 1 Pa = 1N/m2 = 10-5 bar và 1 bar = 10-5 N/m2 = 105 Pa = 1,02 at * Atmosphere vật lý, atm: 1 atm = 1,033 at = 1,013 bar * Milimét cột nước, mm cột nước: 1000 mm cột nước = 1at = 0,981 bar *Milimet thủy ngân, mmHg: 1 mmHg = 1 Torr, 1at = 736 Torr, 1 bar = 750 Torr Định luật Boyle – Mariotte Ở nhiệt độ cố định, tích số thể tích và áp suất tuyệt đối của một khí lý tưởng là hằng số. Ptuyệt đối x V = constant 18 Định luật Gay-Lussac Ở một áp suất cố định, tỷ số giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của một khí lý tưởng là hằng số. ttancons T V đối tuyệt  Ghi chú: Nhiệt độ tuyệt đối luơn luơn được tính bằng độ Kelvin 00 K (Kelvin) = -2370C (Celcius) Định luật Charles Ở một thể tích cố định, tỷ số giữa áp suất tuyệt đối và nhiệt độ tuyệt đối của một khí lý tưởng là hằng số. tcons P tan T đốituyệt đốitưyệt  Định luật tổng hợp cả 3 biến (áp suất, thể tích, nhiệt độ được cho bởi Phương trình trạng thái nhiệt tổng quát của khí nén: Pabs . V = m . R . T Trong đĩ : Pabs [bar] : áp suất tuyệt đối 8bar 4bar 1bar 2bar P0 P1 V1 V0 T1 T0 Bếp điện 19 V [cm3] : thể tích khí nén m [kg] = V . r : khối lượng, r là khối lượng riêng của khơng khí tính bằng kg/m3 R [J/kg.K] : hằng số khí T [K] : nhiệt độ tính bằng Kelvin Ap suất Pa bar mbar at Kp/cm2 mmWs Kp/cm2 Torr Mm Hg psi atm 1 Pa 1 N/m2 1 1,000.10- 5 1,000.102 1,02.10-5 0,102 7,50.10-3 1,45.10-4 0,987.10- 5 1 bar 1,000.105 1 1,000.103 1,02 1,02.104 0,75.103 1,45.10 0,987 1 mbar 1,000.102 1,000.10- 3 1 1,02.10-3 1,02.10 0,75 1,45.10-2 0,987.10- 3 1 at 1 kp/cm2 0,981.105 0,981 9,81.102 1 1,000.104 7,36.102 1,42.10-2 0,987 1mmWS 1 kp/m2 9,81 0,981.10- 4 9,81.10-2 1,000.10- 4 1 7,36.10-2 1,42.10-3 9,68.10-5 1mmHg 1 Torr 1,33.102 1,33.10-3 1,33 1,36.10-3 1,36.10 1 1,934.10- 2 1,32.10-3 1 psi 6,895.103 6,895.10- 2 6,895.10 7,033.10- 2 7,033.102 5,171.10 1 6,805.10- 2 1 atm 1,013.105 1,013 1,013.103 1,033 1,033.104 7,6.102 1,469.10- 2 1 N dyn kp Mp P 1 105 0,102 1,02.10-4 102 10-5 1 1,02.10-6 1,02.10-9 1,02.10-3 20 9,81 9,81.105 1 10-3 103 9,81.103 9,81.108 103 1 106 9,81.10-3 981 10-3 10-6 1 Đơn vị của cơng là Joule (J). 1 Joule (J) là cơng sinh ra dưới tác động của lực 1 N để vật dịch chuyển quảng đường 1m. 2 2 11 11 s kgm J NmJ   Đơn vị của cơng suất là Watt (W). 1 Watt (W) là cơng suất trong thời gian 1 s, sinh ra năng lượng 1 J. 1 W = 1 Nm/s W kw Kpm/s PS Kcal/s Kcal/h 1 10-3 0,102 1,36.10-3 2,39.10-4 0,86 103 1 102 1,36 0,239 860 9,81 9,81.10-3 1 1,33.10-2 23,45.10-4 8,43 735,5 0,7355 75 1 0,1757 622 4187 4,19 427 5,69 1 3600 1,16 1,16.10-3 0,119 1,58.10-3 2,78.10-4 1 4.2. Các đơn vị đo 4.2.1. Áp suất Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lƣờng SI là Pascal (Pa) Pascal là áp suất phân bố đều trên bề mặt cĩ diện tích 1m2 với lực tác động vuơng gĩc lên bề mặt đĩ là 1Newton (N) j erg kpm Kwh Kcal eV 1 107 0,102 2,78.10-7 2,39.10-4 6,24.1018 10-7 1 1,02.10-8 2,78.10-4 2,39.10-11 6,24.1011 9,81 9,81.107 1 2,72.10-6 2,34.10-3 6,12.1019 3,60.106 3,60.1013 3,67.105 1 8,60 2,25.1025 4187 4,19.1010 427 1,16.10-3 1 2,61.1022 1,6.10-19 1,6.10-12 1,63.10-20 4,45.10-26 3,83.10-23 1 21 1Pa = 1N/m2 1Pa = 1 kgm/s2/m2 = 1 kg/m2 Trong thực tế ngƣời ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (MPa) 1Mpa = 1000000 Pa Ngồi ra cịn sử dụng đơn vị bar: 1 bar = 105 Pa Và đơn vị Kp/cm2 (theo tiêu chuẩn cộng hịa liên bang Đức) 1 Kp/ cm2 = 0.980665 bar = 0.981 bar 1 bar = 1.02 kp/ cm2 Trong thực tế cĩ thể coi: 1bar = 1kp/cm2 = 1at Ngồi ra một số nƣớc Anh, Mỹ cịn sử dụng đơn vị đo áp suất (psi) : 1bar = 15.4 psi 4.2.2. Lực Đơn vị của lực là Newton (N) 1 N là lực tác động lên đối tƣợng cĩ khối lƣợng 1kg với gia tốc 1m/s2 4.2.3. Cơng Đơn vị của cơng là Joule (J) 1J là cơng sinh ra dƣới tác dộng của lực 1N để vật cĩ thể dịch chuyển quãng đƣờng là 1m 1J = 1N.m 4.2.4. Cơng suất Đơn vị của cơng suất là Watt (W) 1W là cơng suất trong thời gian 1giây sinh ra năng lƣợng 1J 1W = 1Nm/s 4.2.5. Độ nhớt động Độ nhớt động khơng cĩ vai trị quan trọng trong hệ thống điều khiển khí nén. Đơn vị của độ nhớt động là m2/s. 1m2/s là độ nhớt động của một chất cĩ độ nhớt động 22 lực 1Pa.s và khối lƣợng riêng 1kg/m2 23 CÂU HỎI ƠN TẬP 1. Hãy nêu những đặc trưng về lịch sử ra đời và phát triển hệ thống điều khiển điện khí nén? 2. Bạn hãy cho biết những ưu và nhược điểm của khí nén ứng dụng trong hệ thống tự động hĩa. 3. Hãy liệt kê những đặc tính của khí nén trong cơng nghiệp. 24 BÀI 2: HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI KHÍ KHÍ NÉN Mã bài: MĐ CĐT 29- 01 - 02 Giới thiệu: Trong bài này sẽ cho người học cĩ những kiến thức về hệ thống thiết bị sản xuất và phân phối khí nén và những ứng dụng trong hệ thống tự động hĩa, cơ điện tử. Mục tiêu: - Giải thích được nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các loại máy nén. - Phân tích được các quá trình xử lý khí nén. - Rèn luyện tính chính xác, chủ động, sáng tạo và khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong cơng việc. Nội dung chính: 1. Máy nén khí. Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đĩ năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng 1.1. Ngu...mơmen khoảng 0,5Nm đến 20Nm ở áp suất vận hành 6bar, tuỳ thuộc đường kính của Piston Hình 4.3 Động cơ khí nén kiểu cánh gạt Ký hiệu Hình 4.5 Ký hiệu Xi lanh quay Hình 4.4 67 2.1.5. Động cơ khí nén: * Kiểu cánh gạt (Hình 4.5) Đơng cơ cĩ thể quay trịn liên tục. Cĩ thể đảo chiều quay, điều khiển bằng van 4/2; 5/2 hay 5/3 * Kiểu truyền động xoay (Hình 4.5): - Điều khiển bằng van 4/2; 5/2 hay 5/3. Gĩc xoay 0-270o - Mơmen: khoảng 0,5Nm đến 20Nm ở áp suất vận hành 6bar và phụ thuộc vào kích thước của cánh gạt. 2.1.6. Giác hút: (Hình 4.6) Một vịng lõm bằng cao su cĩ thể treo một vật bằng sức hút khí nén. Khi cĩ khí nén thổi từ 2 sang 3, miệng hút 1 sẽ tạo chân khơng cho giác hút. Ký hiệu Động cơ khí nén kiểu xoay Hình 4.5 Mạch khí nén dùng giác hút 68 2.2. Mối quan hệ giữa áp suất và tải trọng của xi lanh Cho một xi lanh tác động kép đây một tải trọng như hình 4.6a. Áp suẩt đẩy piston (tải trọng) đi ra gọi là áp suât truyền động Pt, lúc đĩ sê phát sinh một áp suất ngược Pn phía đối diện làm càn trở chuyển động. Tiến hành xác định sự biến thiên biêu thiên áp suất trong quá trình chuyển động của xi lanh ta được biểu đổ như hình 4.6b 69 2.3. Tính tốn các thơng số làm việc của xi lanh Cấu hình và các thơng số làm việc của xi lanh gồm - Đường kinh xi lanh: D (nưn). - Đường kính cần piston: d (mm) - Hành trinh cơng tốc: L (mm) - Áp suất làm việc của xi lanh p (bar, N/m2, PSI...) - Hiệu suất làm việc: ղ (%) - Lực đầy sinh ra trơn cần piston F (N). - Lượng khơng khí tiêu thụ cùa xi lanh Q (1/ph, m3/giờ). 2.3.1. Tính lục đẩy sinh ra cùa xi lanh (F) Giả sử xi lanh cần đầy vật khối lượng m trượt trên mật phăng nghiêng như sơ đồ hinh 4.7, già thiết chuyên động đầy của piston là đểu. Gọi F là lực đầy cần thiết của xi lanh để đẩy vật lên, xét điểu kiện cân băng (F1 = Fms) ta cĩ F = Fi — m.g.sina 70 Hình 4.7: Sơ đồ tải trọng cùa xi lanh - Khi xi lanh đẩy vật nám ngang : F = µ.Fg = µ.m.g (µ hệ sổ ma sát tại bề mặt tiếp xúc giữa vộí đáy và mặt phăng) - Khi xi lanh dẳy vật thăng đứng : F = m.g Đổi với các xi lanh khí nén, lực đấy F kể trẽn được sinh ra nhờ áp suất khí nén p cấp cho xi lanh tác dụng ưên diện tích piston A và được tính như sau: a/ Xi lanh tác động đơn : F = ղ. p . A — FL , [N] Trong đỏ: p : Áp suất nguồn khí nén cấp cho xi lanh, [N/m2] FL: Lực phân hơi của lị xo, [N] A : Diện tích đinh piston, và được tính: A = 10-6 , [m2] D : Dường kính xi lanh, [mm] ղ Hiệu suất lảm việc của xi lanh. [%] (thơng thường ղ = 0,8 - 0,9) b/ Xi lanh tác động kép Lực đẩy sinh ra ừ hành trình đi ra của piston: F = ղ . P . A [N] Lực đẩy sinh ra ớ hành trình đi về của piston: F = ղ . P . A ỈN] Trong đổ: P : Áp suất nguồn khí nén cấp cho xi lanh, [N/m2] A’ : Diện tích đinh piston - phía cổ cần piston, [m2] 71 d: Dường kính cần piston [mm] 2.3.2. Tinh lượng khí tiêu thụ cùa xi lanh (Q): a/ Với xi lanh rác động đơn: Trong đỏ: n : Số hành trình kép của xi lanh/đơn vị thời gian, [hành trinh/phứt] D : Dường kính xi lanh, [dm] L : Hành trình của xi lanh, [dm] i : Ti số nén, i được tính: b/ Với xi lanh tác đỏng kép-. Trong đỏ: n : Sổ hành trình kép cũa xi lanh/đơn vị thời gian, [hành trinh/phút] D : Đường kính xi lanh, [dm] L : Hành trình của xi lanh, [dm] d: Đường kính cần piston [dm] Bài tâp: Tinh lực đầy sinh ra ở 2 hành trình cùa một xi lanh tác động kép biết: - Áp nguồn suất khí nén cấp cho xi lanh P = 6,5 bar - Đường kính xi lanh D - 50 mm - Đường kinh cần piston d = 20 mm - Hiệu suât làm việc của xi lanh Tղ = 0,85 72 3. Động cơ khí nén Chức năng: Động cơ khi nén là cơ cấu chấp hành cỏ nhiệm vụ biên đổi năng lượng thế năng hay động năng của khí nén thành năng lượng cơ học - dạng chuyền động quay. Ưu điểm: - Điều chinh đơn giãn rnỏmcn quay và số vịng quay, trọng lượng nhị - Đạt được với sổ vịng quay cao và điều chình vơ cấp - Cĩ thề đảo chiều quay một cách dễ dàng - ít bị hư hỏng khi quá tài - Giá thành bảo dường thấp - Khơng sợ bị nguy cơ cháy nổ Nhược điểm: - Giá thành năng lượng cao (khoảng gần 10 lần so với dộng cơ điện) - Số vịng quay bị thay đổi khi tải trọng thay đổi - Phát sinh tiếng ồn lớn do hiện tượng xả khí. Đại lượng đặc trưng của động cơ khí nĩn là cơng suất N trên trục động cơ, hiộu áp suất ở đường vào và đường ra ΔP = P1 - P2 và lượng lưu chất tiêu thụ ữong một vịng quay q [L/phJ. Nểu động cơ dược cấp một lưu lượng Q thi vận tốc quay n của nĩ’được tinh theo cơng thức: Cơng suất N trên ưục động cơ khí nén được xác định: Trong đĩ: ղv hiệu suât thể tích [%] ղ hiệu suất chung của động cơ [%] Pl - P2 hiệu ãp suất dầu vảo/ra động cơ [Pa] 73 Q lưu lượng dõng khí nén cấp cho dộng cơ [L/ph] Sau đầy sỉ giới thiệu một sổ động cơ khí nén thường dùng 3.1. Động cơ bánh răng (Gear motor) Động cơ bánh ràng thường cĩ cơng suất đến 50 kw với áp suất làm việc 6 bar và mơmen quay dạt đen 500 Nm (hình 4.8) Hình 4.8: Động cơ bánh răng Dựa vào kết cấu dạng răng cùa các bánh rủng trong động cơ, người ta cổ các loại: động cơ bánh răng thẳng, động cơ bánh răng nghiêng, động cơ bánh răng chữ V. - Động cơ bánh răng thẳng: mơmen quay dược tạo ra bởi áp suất khí nén lên mặt bên răng. Ơng thải khi phải được kéo dài dể giảm tiếng ồn. - Động cợ bánh răng nghiêng: nguyên lý làm việc tương tự động cơ bánh răng thâng, cần chú ý lực tác dụng hướng trục và dọc trục khi chọn ổ lăn. - Động cơ bánh răng chữ V: lực dọc trục và tiếng ồn bé. 3.2 Động cơ trục vít (Screw motor)-. Biên dạng của 2 trục vít cỏ phần lồi của trục này tương ứng phần lỗm của trục kia. Kết cấu của động cơ trục vít tương tự như máy nẻn khí trục vít. Ngồi ra đề tảng hiệu suẮt sừ dựng, hai trục vít thưởng cĩ số răng khác nhau (hinh 4.9) Cửa vảo| 74 Hình 4.9: Động cơ trục vít 3.3. Động cơ cánh gạt (Rotate motor) Nguyên lý hoạt động cúa dộng cơ cánh gạt thẻ hiện ở hình 4.10. Dưới tác dụng cúa ảp suất khí nén lên cánh gạt (4) làm rơto (5) quay, khí nén được thải ra ngồi qua cửa xả (8) 1. Cửa lưu chất vào 2. Khoang khi vào 3. Lỗ lưu chất vào 4. Cánh gạt 5. Rơto 6. Stator 7. Lỗ lưu chất ra 8. Của lưu chất ra 3.4. Động cơ piston (Piston motor 75 3.4.1. Động cơ piston hướng kính (Radial piston motor) Nguyên lý hoạt động của động cơ piston hướng kính thề hiện ở hinh 4.11. Áp suát khí nén sỗ tác động lên piston (2), qua thanh truyền (3), làm cho trục khuỷu quay. Người ta thường bố tri nhiều xvlanh để true khuvu quay được ổn định và giảm va đập 3.4.2. Động cơ piston hưởng trục (Axial piston) Sơ đồ nguyên lý hoạt động cùa động cơ piston hưởng trục cho ở hình 4.12. Ihơng thường động cơ loại nảy cỏ 5 xi lanh được sắp xếp dọc theo ừục quay Mơmen quay được tạo thành bởi lực tiếp tuyển của cần piston tác động Lên đĩa nối với trục truyền. Động cơ piston hướng trục cĩ thể điều khiến vơ cắp số vịng quay với tnơmcn lên đen 900 Nm Hình 4.12: Động cơ piston hướng trục 76 3.5. Động cư màng Động cơ màng hoạt động tương tự như dộng cơ piston (hình 4.14), chi khác ở cấu tạo cùa piston Khi cho dịng khí nén vào buồng động cơ, làm màng dao dộng, qua cơ cấu. thanh truyền - bánh cĩc, sõ trở thành chuyền động quay khơng liên tục trên trục động cơ Hình 4,14: Động cơ màng 4. Bộ biến đổi áp lực Bộ biến đổi áp lực thường được sử dụng kết hợp. trao đổi ốp suất giữa khí nén và thủy lực trong những trường hợp cần thiỂt. Cĩ 2 dạng biến đổi áp lực: - Biến đối áp lực khí nén thành áp lực thủy lực - Khuếch đại áp lực khỉ nén thành áp lực thủy lực hoặc áp lực khí nén Bộ khuếch đại áp lực Bộ khuếch đại áp lực cĩ chức nảng biến đổi áp lực khí nén cĩ áp suất thấp (P|) thành áp lực khi nén hoặc thủy lực cơ áp suất lớn hơn (Pj). Sơ đồ nguyên lý b^khuếch đại áp lục thẻ hiện trên hình 4.16 77 Hình 4. 16: Bộ khuếch đại áp lực Gọi P1 áp suất vào bộ khuếch dại (áp suất khi nén) P2 áp suất khuếch đại, áp suất ra A1, A2 diện tích bề mặt piston phía chịu áp suất P1 và P2 Ta cỏ: Nếu diện dch A1 lớn hơn A2 bao nhiêu lân thi áp suất P2 sẽ lớn bơn áp suất P1 bấy nhiêu lần. Tỳ sơ A1/A2 được gọi là hệ sơ khuéch đại của bộ biên đơi áp lực 78 BÀI 5: ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN, ĐIỆN - KHÍ NÉN Mã bài: MĐ CĐT 29- 01 - 05 Giới thiệu: Trong bài này sẽ cho người học cĩ những kiến thức về điều khiển bằng khí nén, điện - khí nén và những ứng dụng trong hệ thống tự động hĩa, cơ điện tử. Mục tiêu: - Mơ tả chức năng và ứng dụng của các phần tử trong hệ thống điều khiển điện khí nén. - Xác định giải pháp cho các vấn đề liên quan tới các quy trình làm việc theo nhĩm. - Xác định rõ nguyên lý làm việc của các phần tử điều khiển điện - khí nén ứng dụng trong cơng nghiệp - Chủ động, sáng tạo và an tồn trong thực hành. Nội dung chính: 1. Khái niệm về hệ thống điều khiển khí nén Một hệ thống diều khiển bâng khi nén bao gồm it nhất một mạch điều khiển. Mạch điều khiên theo DỈN19266 gồm các phần từ cơ bản thề hiện ở hình 5.1. Theo sơ đồ này. mạch gồm các phẩn tử chính như sau: - Phán tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị vào là các đại lượng vột lý (lực tác động, dịng điện...). Đây là phần từ đầu tiên của mạch điều khiến (các loại nút ấn, rơle...) - Phân tử xù lý tin hiệu: xử lý tín hiệu vào theo một qui tác logic xác định, làm thay đổi trạng thái phần từ điều khiển (van tiết lưu, van OR hoặc AND ...) - Phần tử điều khiển: điều khiển dịng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái cùa cơ cấu chấp hành (van đáo chiều, ly hợp ...) - Cơ câu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điểu khiển, là đại lượng ra cùa mạch điều khiển (Xilanh, động cơ). 79 Những hệ thống điểu khiển phức tạp sê bao gồm nhiều phần từ, nhiểu mạch điều khiển hơn. Hình 5.1 : cấu trúc mạch điều khiển khi nén vả các phần từ 2. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển 2.1. Biểu đồ trạng thái Trong một hộ thống điều khiển gồm nhiều phẩn tử với các trạng thái làm việc khác nhau, đo vậy đề biểu diễn đơn giản trạng-thãi, mối quan hệ giữa các phần tử trong mạch diều khiển, người ta qui ước dùng biểu đồ trạng thái để biểu diễn. Biểu đồ trạng thải là rtiột sơ đồ rút gọn để biẻu diễn trạng thái các phần từ trong mạch, mổi liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phẦn tử. Theo tiêu chuẩn VDI 3260 cùa Cộng Hồ Liên Bang Dức qui ước, Biều đồ trạng thái gồm 2 trục tọa độ: trục thẳng đứng biểu diễn trạng thái các phần tử (hành 80 trình chuyển động, áp suất, ưạng thái On/OÍT...), trục năm ngang thể hiện tuần tự các bước hoặc thời gian thực hiện các bước. Chu trinh làm việc được chia thành các bước, sự thay đổi trạng thải trong các bước được biểu diễn băng đường đậm. Sự liên két các tín hiệu biêu diễn băng các nét mảnh kèm theo các mũi tên biêu diễn chiều tác dộng. Một số ký hiệu thường dùng biổu diễn trên biều đồ trạng thái theo VDI 3260 Ví du 5.1'. Một xi lanh tác dộng kép (A) dược điều khiển hoạt động theo chu trình như sau: khi tác động vào nút nhấn khởi động (Start), pittơng sỗ đi ra. Khi tác dộng dồng thời vào 2 nút ấn 1.2 và 1.4 xi lanh sẽ rút về . líăy lặp biểu dồ trạng thái cùa xi lanh này. Biểu đồ trạng thái cùa xi lanh A được biều diễn trên hinh 5.2. Liên kết giữa 2 nút nhấn 1.2 và 1.4 là liên kết AND. xi lanh di ra ký hiệu + (hoặc 1), xi lanh rút về ký hiệu - (hoặc 0) 81 Trong phạm vi giáo trinh này chỉ thiết lập biểu dồ trạng thái cho cơ cấu chấp hành là xi lanh, trong thục tê đơi khi người ta lập tổ hợp biểu đồ trạng thái cho các phần tử khác trong mạch. 2.2. Sơ đồ chức năng Ngồi biểu đồ trạng thái, trong kỹ thuật điểu khiến người ta thường dùng sơ đồ chức năng để mơ tà quá trinh.điều khiển.Theo tiêu chuân DIN 40719 cùa Cộng Hồ Liên Đang Đức qui ước một sơ đồ chức năng bao gồm các bước thực hiện và các lệnh. Các bước thực hiện được kí hiệu theo số thứ tự, và cốc lệnh gồm tên lệnh, loại lệnh và vị trí ngát của lệnh (hỉnh 5.3). Hình 5.3- Kí hiệu các bước và lệnh thực hiện của sơ đồ chức năng Ví du 5.2: Lập sơ dồ chức năng mơ tà qui trinh hoạt động của một thiết bị khoan dược dẫn động bàng 2 xi lanh khí nén A và B cĩ chu trinh làm việc như sau: Sau khi nhấn nút Start, xi lanh A đi ra kẹp chặt chi tiết Sau đĩ xi lanh B đi xuống để khoan chi tiết, khoan hết hãnh trinh xi lanh B rút về, sau đĩ xi lanh A rút về để tháo chi tiết và kết thúc một chu ưỉnh làm việc của thiết bị (hỉnh 5.4) 82 Hình 5-4: Sơ dồ hoạt dộng thiết bị khoan Hình 5-5 biểu diễn sơ đồ chức năng của thiết bị khoan với tín hiệu ra của lệnh trược tiếp tác động lên cơ cấu chấp hành. Hình 5.5: Sơ đồ chức năng của thiết bị khoan 83 2.3. Qui ước biểu diễn sơ đồ mạch khí nén 2.3.1. Ki hiệu các phần tử trong sơ đỏ mạch Hiện nay chưa cĩ một qui ước thống nhất về cách ký hiệu các phần tử trên sơ đồ mạch khí nén mả vẫn tồn tại hai cách kí hiệu băng số và băng chữ. • Kí hiệu bằng sổ: Cácphần từ trong mạch được đánh số theo chuỗi điêu khiên, cụ thể: - Dùng các số 1.0, 2.0,3.0...biểu diễn các phần từ chấp hành như xi lanh, dộng cơ - Dùng các sổ 1.1, 2. Ị, 3.1 ...biểu diễn các phần tử điều khiển - Dùng các số 1.2, 1.4, 2.2, 2.4... biểu diễn các phần tữ tín hiệu • Ki hiệu bảng chữ: Cách kí hiệu này đơn giản và phổ biến hơn Các xi lanh kí hiệu bàng các chừ cái in hoa: A, B, C,...Các phân tữ tín hiệu (cơng tăẹ hành trình, nút nhẩn...) ki hiệu băng các chữ thưởng: a, b, c,...hoặc các kí hiệu S1, Si, Sj... 2.3.2. Biểu diễn trọng thái các phẩn từ Qui ước biểu diễn các phần tử ỏ trạng thái chưa bị tác dộng, ngoại trir các thiết bị ban đầu đang ở trạng thài chuyên mạch giới hạn thì vẽ thêm kí hiệu dang bị tác động. Chảng hạn như các cơng tắc hành trình đang bị tác động ở hạng thái ban đàu mặc dù chưa nhấn nút Start. 2.3.3. Ki hiệu đường ổng Đường ống khi nén vẽ bàng các đoạn thăng, hạn chế giao nhau giữa các đường ống. Đường ổng dẫn động lực được vẽ băng nét liền, đường ống điều khiển vè băng nét đứt. 3. Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén Hiện nay cĩ nhiều cách phân loại các phương pháp diet) khiển trong các mạch khỉ nén. Dựa vào tính chất cùa tín hiệu điểu khiển ta cĩ thẻ phân thành các dạng điều khiển như sau: 84 - Diều khiển băng tay - Điểu khiền tuỳ động theo hành trinh - Điều khiển tuỹ động theo thời gian - Điều khiên tuỳ động theo áp suất - Điều khiển theo tằng Điểu khiển theo nhịp Sau đây sỗ lần lượt khảo sát lần lượt tùng phương pháp diều khiển. 3.1 Điều khiển bằng tay Điều khiển băng tay được ứng dụng phần lớn trong những mạch diều khiển bàng khí nén đơn giãn như các mạch dùng gá kẹp chi tiết, đĩng mở cửa... chủ yếu sử dụng 2 thao tác tương ứng với các nút nhấn On/OÍT. Ta cổ thể phân diều khiển băng tay thành 2 dạng: Điều khiển trực tiếp - Điều khiển trục tiếp. a) Điều khiển trực tiếp: - Mạch gồm một một xi lanh tác động dơn và một van đào chiều 3/2. Cả 2 chức năng dưa tín hiệu và xử lý tín hiệu đều do van 3/2 đảm nhận (hỉnh 5.6) Hình S.6: Sơ đồ mạch khi nén điểu khiển trực tiếp 1 xi lanh b) Điều khiển gián tiểp: 85 Khi tác dộng vào nút nhấn 1.01 hoặc 1.02, tín hiộu điều khiến bàng khí nén đưực kích vảo 2 phía van đáo chiều 1.1 van này sẽ thực hiện việc cấp dịng khỉ nén cho xi lanh 1.0 để piston đi ra hoặc lùi về (hình 5.7) Hình 5,7: Sơ dồ mạch điều khiển giản tiếp 1 xi lanh 3.2. Điều khiển tùy động theo hành trình Cơ sở cùa phương pháp này là vị tri cùa cơng tác hành trình. Tuỳ thuộc vào vị tri đặt các cơng tắc hành trinh nĩ sẽ ảnh hưởng đến hoạt động cùa cơ cấu chấp hành hoặc việc phát các tin hiệu điều khiển. a) Mạch điều khiển tùy động 1 xi lanh Hĩnh 5.8 là sơ đồ mạch điều khiển tuỳ động theo hành trinh với một xi lanh, vị trí đạt cơng tảc hành trinh S2 sẽ quyết định hành trinh ra của piston A. 86 Hình 5,8: Điều khiển tuỳ động theo hãnh trình vởi 1 xi lanh b) Mạch điều khiển tùy động 2 xi lanh Vị (iu 5.3: Hình 5.9 thể hiện biều đồ trạng thái và so đồ mạch diều khiển khí nén, điều khiển 2 xi lanh A và B băng phương pháp điều khiên tùy động theo hành trinh. Hình 5.9: Điều khiển tuỳ động theo hành trình điều khiển 2 xi lanh 3.3. Điều khiển tùy động theo thời gian Cơ sở cùa phương pháp này lả việc điều chinh thời gian tác động t của phần tử thời gian (timer delay). Mạch biểu diễn ở hình 5.10 thể hiện một ví dụ ứng dụng phương pháp điều khiển tủy động theo thời gian. Theo đĩ khi ta nhấn nút SI xi lanh sỉ đi ra. Kể từ khi piston di ra. Un hiệu khí nén kích hoạt cửa nổi 12 cũa timer, sau một thời gian t cữa 87 ra 2 cũa timer sỗ cĩ tín hiệu tác động vào phia phải van đảo chiều 5/2 kết quà piston sê rút về. Hình 5.10: Điều khiển tuỳ động theo thởi gian với 1 xi lanh 3.4. Điều khiển tùy động theo áp suất Kể từ khi piston A đi ra sẽ cỏ tín hiệu khí nén kích hĩạt vào cừa 12 của van điều chinh áp suất. Khi áp suất kích hoạt dạt giá trị cho trước, tại cữa 2 của van này sẽ cĩ tín hiộu tác động vào phía phải van đào chiều 5/2 diều khiển piston rút về (hình 5.11) Hình 5.11: Mạch điều khiển tuỳ động theo áp suất 88 3.5. Điều khiển theo tầng Điều khiển theo tầng là bước hồn thiện cùa điều khiến tuỳ động theo hành trinh. Nguyân tác thiết kế mạch điều khiến theo tầng là chia các bước thực hiện cỏ cùng chức nảng thảnh tùng tầng riêng, với nguyên tảc các chừ cái (ký hiệu xilanh) cùng nhau khơng xuất hiện trong cùng 1 tầng. Ví dụ tầng 1 chi cỏ thể là A+. B+, c+ chứ khơng thề là A+, A- Cơ sở của phương pháp diều khiển theo tầng là việc xốc định các phần tử nhớ hay cịn gọi là van đảo tầng (thường dùng van 4/2 hoặc 5/2) và các tín hiệu kích hoạt các phần từ này. Mạch điều khiển được chia thành n tầng sẽ cĩ n - 1 van đảo tầng. Chăng hạn theo SƯ đồ ở hình 5.12, mạch điều khiền gồm 2 tảng sè cần 1 van dào tầng 4/2 với 2 tín hiệu điều khiển vào X, y. Như vậy khi tảng I được cấp nguơn thỉ tầng II sẽ bi khố và ngược lại. Sẽ khơng tồn tại ưạng thái cả 2 tầng cũng được cấp nguồn Hình 5.12: Mạch điều khiển 2 tầng Tương tự với mạch điều khiên 3 tầng ta sẽ cần 2 van đào tầng, các tỉn hiệu điều khiển tầng và các tín hiệu ra cùa van đảo tầng cho mạch 3 tầng thể hiện ở hình 5.13. Khi cĩ tín hiệu điêu khiên X, tầng thứ 1 được cáp nguồn, tầng thứ 2 và 3 bị khố. Khi cĩ tỉn hiệu điều khiển y tầng thứ 2 dược cấp nguồn, tâng thứ 1 và 3 bị khố. Khi cĩ tín hiệu điều khiển z tầng thứ 3 được cấp nguồn, tâng thứ 1 vả 2 bị khố 89 Hình 5.13‘. Mạch điều khiên 3 tầng Tĩm lại khi thực hiện phương pháp điều khiển theo tầng, ta tiền hành theo 3 bưởc: Bước 1: Thực hiện phân tâng điểu khiển Bước 2: Xác định số van dào tầng. Mạch cĩ n tầng cần n - 1 van đào tầng. Bước 3: Xác định cảc tin hiệu điều khiến van đảo tầng và hồn chinh sơ đồ mạch Vi dụ 5.4: Dùng phương pháp điều khiển theo tầng thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh A và B theo chu trình nêu ở Ví dụ 5.4 - Bước 1: Thực hiện việc phán tầng điều khiển như sơ đồ hinh 5.13. Kết quả được 2 tầng: Tầng 1 gồm tín hiệu cho xi lanh A đi ra (A+) vả xi lanh Đ đi ra (B+). Tầng 2 gồm tín hiệu cho ,xi lanh A rút về (A-) và xi lanh B rút về (B-) Hình 5.14: Biểu đồ trạng thái và cách phân tâng 90 - Bước 2: Xác đjnh số van đảo tầng. Mạch cĩ sổ tầng n=2 nên s5 cĩ số van đào tầng là n-1 -1 như vậy ta chi cần 1 van đảo tầng. - Bước 3: Xác định các tín hiệu điều khiển van đào tầng và hồn chinh mạch điều khiển, két quá như trên hình 5.15. Hình 5.15: Sơ đồ mach điều khiển 2 xi lanh bẩne khí nén Vi du 5 .5 : Thiẻt kế mạch điều khiển thiết bị gia cỏng chi tiết, điều khiên 2 xi lanh A và B bằng khí nén cĩ chu trinh làm việc như đã nêu trong ví dụ 5.2 (mục 5.1.2) - Bước 1: Thực hiện việc phân tầng điều khiển như sư đồ hình 5.16. Kết quả được 2 tầng: Tầng 1 gồm tín hiệu cho xi lanh A đi ra (A+) và xi lanh B đi ra (B+). 91 Tầng 2 gơm tín hiệu cho và xi lanh tì rút về (B-) và xi lanh A rút về (A-) Hình 5.16: Biểu đồ trạng thái và cách phân tầng - Bước 2: Xác định số van đảo tầng. Tương tự vỉ dụ 6.4 mạch cần 1 van đào tầng. - Bước 3: Xác định các tín hiệu điều khiển van đảo tầng và hồn chinh mạch điều khiển, kết quả như trên hình 5.17. Hình 5.17: Sơ đồ mạch khi nén điều khiển theo tâng 2 xi lanh A và 3.6. Điều khiển theo nhịp Điều khiển theo nhịp thực hiện theo nguyên tác tuần tự. Khi các lệnh trong một nhịp thực hiện xong, sê thơng báo cho nhịp tiếp theo, đồng thời sè xố ỉộnh nhịp thực hiện trước đĩ. 92 Cơ sở của phương pháp điều khiển theo nhịp là các khối điều khiển (Block). Hình 5.18 thể hiện nguyên lý mạch logic của một chuỗi điều khiển theo nhịp với 4 khối (đánh số theo thứ tự từ 1 đến 4) Theo sơ đả: khi cĩ tín hiệu tác động vàoYn (chảng hạn như tín hiệu khởi động) sè cho tín hiệu điều khiến ra A1 (giá tri L). Đồng thời sê tác động vào nhịp trước Zn-I để xố lệnh thục hiện trước đĩ. Đồng thời sẽ chuẩn bị cho nhịp tiếp theo cùng với tín hiệu vào X). Hình 5. 18 : Mạch logic chuỗi điều khiển nhịp theo DFN 40-700 Để biểu diễn đơn giản chuồi điều khiên theo nhịp người ta dùng sơ dồ qui ước như hình 6.18, nhịp thứ nhất Zn dược xố bâng nhịp cuối cùng Zn>|. Xn : Tin hiệu vàĩ (từ cơng tâc hành trinh, cảm biến...) - Zt, : Tín hiệu tác động - An : Tín hiệu ra Hình 5. Ị 9: Biểu diễn đơn giàn chuỗi ĐK theo nhip 93 Trong thực tế thường cĩ 2 dạng khối điều khiển theo nhịp: loại kí hiệu A và loại kỉ hiộu B - Loại kí hiệu A (hình 6.20a): Khi cổng Yn được SET (cĩ giá trị L), van đảo chiều (phần tử nhớ) đổi trạng thái, tin hiệu ở cổng A cĩ giá trị 1, chuẩn bị cho nhip tiếp theo (thơng qua phần tử AND của tín hiệu X), và RESET phần từ nhớ của nhịp trước. - Loại kí hiệu B (hình 5.20b): loại này thường đặt ờ vị trí cuối cùng trong chuỗi diều khiên theo nhịp. Khác với kiều A. kiêu B phần tử OR nối với cổng Yn. Khi cơng L được cấp nguồn thi tồn bộ các khơi cùa chuỗi điệu khiên (trừ khơi cuối củng) sỗ trở về vị trí ban đâu. Như vậy khối kiểu B cĩ chức năng như là điểu kiện đê chẩn bị khởi động mạch. Hình 5 20: Các loại khối điều khiển theo nhịp r/ dụ 5- 6: Lập sơ đồ mạch điều khiển khí nén báng phương phắp điều khiển theo nhịp đổi với thiết bị khoan gồm 2 xi lanh A và B dẫn động băng khi nén, như đã nêu trong ví dụ 5.2 - Từ điều kiện đã cho ta lập được biểu đồ trạng thái (hình 5.16) • Từ biểu đị trạng thái ta lập được qui trình thực hiện cho các nhịp như sau Nhịp thực hiện: 1 2 3 4 Trạng thái piston A+ B+ B- A- Vị trị hành trình S2 S4 S3 S1 94 - Sơ đồ mạch điều khiển như hình 5-21 4. Các phần tử điện và điện - khí nén 4.1 Các phần tử điện 4.1.1. Nút nhấn Nùt nhản hoặc cơng túc thuộc nhĩm các phần tử đưa tín hiệu. Thơng thường cĩ 3 dạng nút nhản (thường mở): nút nhấn khơng duy trì (hình 5.22a), nút nhấn duy trì (hình 5.22b) và nút nhấn chuyển mạch (hình 5.22c) 95 Hình 5.22: Nguyên li và kỉ hiệu các dạng nút nhấn ưỗn sơ đồ 4.1.2. Rơle điện tử Trong cốc mạch điều khiển, rơle được xcm như phần tử xừ lý tín hiộu. Trong thực tế cĩ nhiều loại rơle khác nhau như role đĩng mở mạch, role điều khiển, role thời gian tác động muộn, rolc thời gian nhã muộn... Trong các hệ thống điều khiến băng khỉ nén hầu hết dâu sử dụng các loại rơlc đĩng mở mạch, Hình 5.23 nêu hlnh dạng ngõài, nguyên lý hoạt động và kí hiệu loại rơle dĩng mở mạch. Hình 5.23 : Rơle diện từ 4.1.3. Cơng tắc hành trình • Cơng tắc hành trinh điện-cơ Hình dạng ngồi, nguyên lý hoạt động và kí hiệu cơng tác hành trình điện-cơ thề hiện trên hình 5.24. Khi con làn chạm cừ hành trình thỉ tiếp điểm 1 nối vởi 4. 96 Hình 5.24: Cơng tắc hành trình điện - co a/ Thường đĩng (2-4) khi khơng cĩ tác động b/ Khi bị tác động c/ Cần lưu ý các ưạng thải cùa cơng úc hành trinh trên so đồ như đã nêu ờ hình 7.2a và 7.2b. • Cơng tăc hành trình nam châm Cơng tác hành trinh nain châm thuộc dạng cơng tác hành trinh khơng tiểp xúc, nĩ giĩng như một câm biến cảm ứng từ. Nguyên lý hoạt động được thể hiện trên hình 5.25a và 5.25b a) Chưa cảm ứng b) Đã cảm ứng c) Kí hiệu Hình 5.25: Cơng tắc hành trình nam châm 4.1.4. Cảm biến Phần tữ cảm biến sử dụng khá phổ biến trong các hộ thổng điểu khiển bàng khí nén. Chứng cĩ nhiều đặc điểm nổi bật: phát hiện vặt khơng cẩn tiếp xúc; tổc dộ dáp ứng nhanh; kích thước nhỏ gọn nên cĩ thể láp ở mọi dịa hình. Đặc biệt cĩ thể sừ dụng trong các mơi trường khác nghiệt (nhiệt độ cao, ngâm trong nước...) 97 Trong các hệ thống khi nén ta thưởng gặp cốc dạng cảm biến sau: - Cảm bỉến cảm ứng từ (Inductive sensor) - Cảm biến điện dung (Capacitive sensor) - Cảm biến quang (Optical sensor) • Cảm biền cảm ứng tủr (Inductive sensor) Nguyên lý hoạt động cùa một cảm biến cảm ứng từ thể hiện trên hình 5.26. Khi tương tác với vật the bâng kim loại (trong vùng đườnẹ sức từ của lõi cảm biển), sỗ làm thay đổi từ trưởng do cụộn dây của sensor tạo ra.. Nâng lượng bicn thiên này qua bộ so, bộ khuếch dại tín hiệu rồi đưa đến bộ xử lí. Hình 5.26: Nguyên lý hoạt động cảm biến cảm ứng từ Loại cảm biển này chi phát hiện các vật bàng kim loại. Trong thực tế người ta đã sản xuất ra các loại câm biên câm ứng lừ cổ thể chỉ phân biệt một sổ kim loại (loại E2EY của Hãng Omron chi phát hiện ra nhơm , dơng) Loại cảm biến nảy được sử dụng khá phổ biến trong các hệ thống diều khiên tự dộng. Hình 5.27 trình bày so đồ đấu dây và ứng dụng cùa cảm biển cảm ứng từ trong việc phát hiện kim loại 98 Hình 5.27: ứng đụng cảm biến cảm ứng từ • Cảm biến điện dung (Capacitive sensor) Nguyên lý hoạt động của cảm biến diện dung cũng tương tự như cảm biến cảm ứng từ. Điểm khác biệt co bàn là cảm biến điện dung phát hiện vật theo nguyên tẩc tĩnh điộn, tức là sự thay đổi điện dung giửa vật cảm biến và đầu sensor. Hình 5.28 thể hiện ngũyên lý làm việc vồ hình dáng ngồi cùa cảm biến điện dung Hình 5. 28: Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung Loại cảm biến nảy được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật. Nĩ cĩ thẻ được dùng đẻ phát hiện các vật (kim loại và phi kim loại), đo mực nước trong bồn, xác định vị trí đầu piston, sản phẩm trên băng tải... 99 Phát hiện dung dịch bên trong hộp Ki hiệu & củch nổi dây Đo mực chất lỏng Phát hiện kiếng trên dây chuyền Hình 5.29: ứng dụng câm biến điện dung * Cảm biến quang (Optical sensor) Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang được thể hiện trên hình 5.30a. Nĩ gồm 2 bộ phân: bộ phận phát và bộ phận thu. Bộ phận phát phát đi tia hồng ngoại thơng qua một diode phát quang. Khi gặp vật chán tia hổng ngoại sẽ phàn hồi vè bộ phận thu. Lượng ánh sáng nhận về sỗ được chuyên ti lộ thành tín hiộu điện áp (hoặc dịng điện), sensor xuất tín hiệu ra báo cĩ vật nếu mức điộn áp lớn hơn mức ngưỡng (hình 5.30b) 100 Hĩnh 5.30: Cảm biển quang Dựa vào cấu tạo bộ thu/phát quang, ta cĩ các dạng cám biến quang: - Cảm biến quang với bộ thu phát độc lập (Through Beam), - Cảm biến quang với bộ thu phát chung (Retro Replective) - Câm biển quang với bộ thu phát khuyếch tán (Diffuse Replective) - Cảm biến quang phản xạ giới hạn (Limited Reflective) Hình 5.30 là ứng dụng của cảm.biền quang trong cốc dây chuyền sản xuất Hình 5.31 Ứng dụng cảm biến quang Bộ thu/ phát độc lập, phát hiện sữa/nước trái cây đỏng hộp Bộ thu / phát chung, phát hiện vật trong suốt (Transparent Film) 101 4.2. Van điện từ (van tác động bằng nam châm điện) Một cuộn dây khi được tác động bởi một dịng điện thì trong cuộn dây đĩ sẽ sinh ra một dịng điện cảm ứng, từ trường được sinh ra trong ống dây, và sẽ tạo ra một lực từ trường, lực từ trường này sẽ làm di chuyển lỏi sắt đặt bên trong cuộn dây Tương tự các loại van tác động băng khí nén, van tác dộng băng nam châm điộn cũng cĩ các loại tương tự như van 3/2, 4/2, 5/2 ...Trên các sơ đồ mạch khí nén, mỗi loại van điện từ đều cĩ kí hiệu riêng tương tự như van tác động bằng khí nén, nhưng trên sư đồ mạch điện điều khiển chúng đều cĩ một kí hiệu chung như. hình 5.32 Htnh 5.32: Kí hiệu van điện từ trên sơ đồ điện Van điện từ 3/2 khơng duy trì  Mục đích : Van điện từ 3/2 khơng duy trì ở trạng thái khơng bị tác động (cuộn dây khơng cĩ điện) thì cửa (P) khơng nối với cửa (A), lúc này cửa (A) nối với cửa (R). Khi cuộn dây điện từ Y1 cĩ điện sẽ đẩy nịng van sang phải làm cho cửa (P) nối với cửa (A)  Nguyên lý : Van điện từ 3/2 khơng duy trì (một đầu cĩ cuộn dây và một đầu cĩ lị xo) khi ở trạng thái khơng tác động lị xo (7) sẽ đẩy lỏi (4) xuống phía dưới để đĩng cửa khơng cho nguồn khí nén từ cửa (P) sang cửa (A), đồng thời nĩ sẽ thơng cửa (A) sang (R). Khi tác động cuộn dây 2 cĩ điện sẽ tạo ra một lực điện từ hút lỏi sắt (4) cĩ đệm làm kín (5) đĩng cửa (R) đồng thời nối cửa (P) sang cửa (A). 102 Khi cuộn dây khơng cĩ điện Khi cuộn dây cĩ điện 1. Thân 2. Cuộn dây điện từ Y 3. Nịng dẫn hướng lỏi sắt 4. Lỏi sắt 5. Đệm làm kín 6. Đệm làm kín 7. Lị xo Ký hiệu Cuộn dây điện từ theo DIN 40 713 Ký hiệu Van điện từ 3/2 theo DIN 40 713  Ứng dụng : - Tạo ra tín hiệu điện cho tín hiệu khí nén. (EP- Wandler) - Điều khiển xy lanh tác động một phía - Điều khiển động cơ khí nén - Điều khiển van đảo chiều Bài tập: 103 Nhấn nút S1, xy lanh tác động một phía đi ra. Khi thả nút nhấn xy lanh đi vào. Hãy vẽ mạch điều khiển Điện – Khí nén  Các bước thực hiện 1. Chuẩn bị và chọn đúng các phần tử cần lắp cho mạch 2. Gắn xy lanh tác động một phía lên bảng lắp 3. Gắn van đảo chiều 3/2 khơng duy trì 4. Nối các dây dẫn khí nén vào các phần tử 5. Gắn các cơng tắc S0 và S1 6. Nối nguồn chínhi 7. Nối các dây điện trong sơ đồ điện 8. Bật cơng tắc chính; nhấn S0 9. Mở nguồn khí nén 10. Nhấn nút S1 – Quan sát 11. Tắt nguồn điện và khí nén – Tháo các phần tử ra  Dụng cụ - Xy lanh tác dộng một phía - Van đảo chiều 3/2 khơng duy trì 104 - Nút nhấn thường mở - Nguồn điện 24 v - Dây nối điện - Ống dẫn khí nén  Hướng dẫn Trong điều khiển Điện - khí nén cần thiết phải cĩ 2 sơ đồ : sơ đồ Khí nén và sơ đồ điện đi...én bao gồm 2 sơ đơ: - So đả mạch khi nén. - Sơ đồ mạch diện diều khiển. Theo trình tự khi thiềt lặp mạch điều khiển ta lập sơ đị mạch khi nốn trước, sau đĩ lập sơ đồ mạch điện điều khiển. Trong quã trình thiết lập các sơ đị cần lưu ý các qui tác biểu diễn sau: • Với sơ đồ mạch khi nén qui ước biểu diễn các phần từ như đã nêu ở phẩn đầu chương • Sơ đồ mạch điện điều khiển biểu diễn các phần tủ theo ký hiệu qui ước, và chúng ở trạng thái chưa bi tác động bởi tín hiệu vảo. • Mạch diện dược giới hạn bởi 2 đường thăng năm ngang đặc trưng cho nguồn. Đường phía trên lã nguồn dương (+), thơng thường là 24VDC. đường phía dưới là nguồn ov. • Trinh bày các nhánh của mạch theo chiều dịng tín hiệu từ trên xuống, từ trái qua phái • Mạch điện gồm 2 phần, phẩn bên trái biêu diễn mạch điêu khiẻn, phần bên phải biểu diễn mạch động lực. • Sự liên hệ giữa 2 sơ dồ mạch khí nén và mạch điện diều khiển phải thống nhất kí hiệu tín hiệu ra của mạch điện điều khiển (cáp cho cuộn dảy của van điện từ ), với tin hiệu diều khiển của mạch khí nén. 106 Với các mạch điện phửc tạp, cẩn đánh số thứ tự cho từng nhánh trong mạch đề tiện việc kiểm tra và giám sát. 5.2. Mạch điều khiển 1 xi lanh bằng điện – khí nén 5.2.1. Mạch điều khiển trực tiếp Từ biểu đồ trạng thái của xi lanh A, ta lập được sơ đồ mạch khí nén và sơ đồ mạch điện điều khiển. Khi nhấn nút So sỗ cấp điộn cho cuộn dây Y1, piston đi ra, tác động vào cơng tác hành trinh S2 để cấp điện cho cuộn dảy Y2 làm piston rút về. 5.2.2. Mạch điều khiển gián tiếp (Mạch điều khiển giản tiểp 1 xi tanh) Mạch điều khiển một xi lanh tự động băng điện - khí nén 2 cơng tác hành trinh điện - cơ SI, S2 và một van điện từ 5/2 tãc động từ 2 phía. Ta cĩ the sừ dụng một hoặc hai rơlc cho mach điều khiển này. 107 - Mạch điều khiển dùng 2 rơle KI vả K2 - Mạch điều khiển dùng 1 rơle K1 5.3. Mạch điều khiển 2 xi lanh bằng điện – khí nén 5.3.1. Mạch điều khiển theo nhịp Biểu đỏ trạng thái Sơ đồ mạch khí nén 108 Sơ dỏ mụch điện 5.3.2. Mạch điều khiển theo tầng • Dùng van 5/2 tâc động một phía Sơ đồ mạch khi nẻn: Sơ đồ mạch điện 109 • Dùng van 5/2 tác động hai phia Sơ đồ mọch khi nén Sơ dồ mạch điện 110 111 BÀI 6: TÌM VÀ SỬA LỖI TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, ĐIỆN – KHÍ NÉN Mã bài: MĐ CĐT 29- 01 - 06 Giới thiệu: Tìm và sửa là khâu cuối cùng sau khí hồn thành thiết kê, lắp đặt, thì chúng ta phải lắm vũng kiển thức các bài trên. Từ đĩ ta cĩ thể khoanh vùng để tìm lỗi khắc phục cho hệ thống một cách nhanh nhất đảm bảo sản suất trong cơng nghiệp. Mục tiêu: - Tìm lỗi thơng qua quan sát bằng mắt. - Đọc sơ đồ hành trình bước để xác định trạng thái điều khiển trong trường hợp gặp sự cố. - Đo lường và kiểm tra các đại lượng khí nén và điện. - Loại trừ các lỗi bằng cách thay thế và điều chỉnh các phần tử trong hệ thống khí nén, Điện – khí nén. - Vận hành thử và khởi động lại hệ thống sau khi sửa chữa. - Tự học để nâng cao kiến thức và kỹ năng làm việc. Nội dung chính: 1. Phương pháp tìm và sửa lỗi. 1.1 Phương pháp tìm lỗi 1.1.1 Các phương pháp cơ bản Trước khi bảo dưỡng và thay thế một phần nào đĩ, cần phân tích những nhân tố cĩ thể dẫn tới sự trục trặc, tìm được lý do. Khơng tháo hoặc di dời theo ý muốn như vậy sẽ tránh được những hư hỏng khơng đáng cĩ. Các vấn đề bảo trì hệ thống khí nén thường được nêu cụ thể trong tài liệu của hệ thống khí nén được nhà sản xuất cung cấp. Sau đây giới thiệu một số quy tắc và chế độ bảo trì chung: 112 - Kiểm tra bộ lọc khí và các thiết bị xử lý khí nén, xả nước ngưng tụ và chất bả đúng quy cách; điều khiển bộ bơi trơn khí nén (nếu cĩ sử dụng). - Trao đổi với người vận hành máy để biết tình trạng hoạt động của hệ thống xem co gì bất thường hay khơng? - Kiểm tra sự rị rỉ của hệ thống ở các bộ phận, các đường ống dẫn khí; lưu ý việc các đường ống dẫn khí cĩ thể bị gấp khúc hay bị hư hỏng vật lý khác hay khơng? - Kiểm tra tình trạng mài mịn, bụi bẩn ở các bộ phận phát tín hiệu. - Kiểm tra ống lĩt trong xy lanh để kiểm tra các bệ xylanh. Tham khảo tài liệu hệ thống khí nén của nhà sản xuất: Mỗi hệ thống khí nén cĩ một tài liệu liên quan, tài liệu này được cung cấp bởi nhà sản xuất khi cung cấp hệ thống sau khi lắp đặt hệ thống. Tài liệu của hệ thống sẽ hỗ trợ rất lớn trong vận hành, bảo trì sửa chữa hệ thống. Một tài liệu khí nén thì thường cĩ các phần sau: - Mơ tả hoạt động của máy - Sơ đồ dây nếu cĩ - Sơ đồ bố trí thiết bị của hệ thống với các van và các đường ống được ghi nhận rõ ràng. - Sơ đồ mạch khí nén. - Biểu đồ dịch chuyển theo bước - Bảng liệt kê các bộ phận, các chi tiết - Bảng kê các bộ phận, chi tiết dự trữ - Hướng dẫn vận hành - Hướng dẫn lắp đặt và bảo trì - Hướng dẫn chuẩn đốn hư hỏng Khi hệ thống cĩ những thay đổi thì các tài liệu của hệ thống phải cập nhập, phản ánh đầy đủ những thay đổi. Điều này rất quan trọng vì nĩ sẽ giúp cho nhân viên kỹ 113 thuật viên bảo trì, sửa chữa cĩ thể nắm được tình trạng hiện tại của hệ thống, từ đĩ mới cĩ hướng xử lý thích ứng. Bảng 6.1. Tham khảo các lỗi cĩ thể xảy ra của hệ thống khí nén và các cách khắc phục tương ứng. Lỗi Nguyên nhân cĩ thể xảy ra Cách khắc phục 1. Khởi động bị lỗi (điốt phát quang thường bật sáng) 1. Cầu chì bị cháy 1. Xem đường điện để bảo dưỡng hoặc thay thế 2. Pha sai hoặc thiếu pha 2. Xem đường điện để bảo dưỡng hoặc thay thế 3. Dây cáp nối lỏng hoặc chỗ tiếp xúc nhỏ 3. Xem đường điện để bảo dưỡng hoặc thay thế 4. Hiệu điện thế cung cấp quá thấy 4. Xem đường điện để bảo dưỡng hoặc thay thế 5. Mơtơ khơng hoạt động 5. Xem đường điện để bảo dưỡng hoặc thay thế 6. Cơ cấu chính khơng hoạt động 6. Quay cơ cấu chính bằng tay, nếu nĩ khơng quay, liên lạc với cơng ty hoặc người bán hàng. 2. Nhiệt độ ra quá cao trên 75o C 1. Dầu bơi trơn thiếu 1. Kiểm tra mức dầu trong bình chứa dầu khí 2. Nhiệt độ xung quanh quá cao 2. Cải thiện hệ thống thơng giĩ và giảm nhiệt độ phịng 3. Máy làm mát bên sườn bị tắc 3. Làm sạch sườn máy làm mát 4. Lọc dầu bị tắc 4. Thay thế lọc dầu 114 5. Van điều khiển nhiệt độ khơng hoạt động 5. Kiểm tra dầu cĩ được làm mát khi đi qua máy làm mát, nếu khơng sửa chữa hoặc thay thế van điều khiển nhiệt độ. 6. Loại dầu bơi trơn khơng đúng 6. Kiểm tra loại dầu và thay dầu Xem lại phần 5.1 7. Quạt làm mát khơng cĩ tác dụng 7. Sửa chữa hoặc thay thế quạt làm mát và động cơ điện 8. Cảm biến nhiệt độ hỏng 8. Kiểm tra hoặc thay thế cảm biến nhiệt độ 3. Nhiệt độ ra thấp hơn thơng số bình thường ( dưới hơn 75 o C) 1. Nhiệt độ xung quanh quá thấp 1. Giảm thích hợp độ nĩng xung quanh máy làm mát 2. Van điều khiển nhiệt độ khơng làm việc 2. Sửa chữa hoặc thay thế van điều khiển nhiệt độ 3. Nhiệt kế khơng đúng 3. Kiểm tra và thay thế đồng hồ đo hoặc cảm biến nhiệt độ 4. Áp suất cung cấp thấp hơn áp suất khí ra 1. Mức tiêu hao của người dùng lớn hơn lượng khí cấp vào 1. a,Giảm bớt sự tiêu hao khí b,Kiểm tra xem khí cĩ bị rị rỉ trên đường ống 2. Lọc khí bị tắc 2. Làm sạch hoặc thay thế lọc khí 3. Van nạp khí khơng thể mở hết 3. Kiểm tra hoạt động của van nạp khí 4. Đường áp suất sai chức năng hoặch thơng số đặt quá cao 4. Sửa chữa hoặc thay thế đường áp suất nếu khơng nên đặt lại 115 5. Van áp suất nhỏ nhất khơng cĩ tác dụng 5. Kiểm tra hoặc sửa chữa van áp suất nhỏ nhất 6. Thiết bị tách dầu khí bị tắc 6. Kiểm tra và thay thế thiết bị tách dầu khí 5. Áp suất khí nạp cao hơn thơng số đặt áp suất khơng tải 1. Áp suất đường vận chuyển hoạt động sai chức năng hoặc thơng số đặt quá cao 1. Sửa chữa hoặc thay thế đường áp suất, nếu khơng nên khởi động và đặt lại thơng số 2. Phần khơng tải khơng cĩ tác dụng 2. Kiểm tra phần khơng tải hoạt động bình thường 3. Khí bị rị rỉ trên đường ống 3. Kiểm tra và làm sạch đường ống bị rị rỉ 6. Hệ thống áp suất quá cao (cao hơn áp suất trong bình ) 1. Phần khơng tải bị vơ hiệu 1. Kiểm tra xem phần khơng tải cĩ hoạt động bình thường 2. Đường áp suất hoạt động sai chức năng hoặc thơng số đặt quá cao 2. Kiểm tra đường ống áp suất 3. Hệ thống khí cĩ thể bị rị rỉ 3. Kiểm tra xem đường ống điều khiển cĩ bị rị rỉ 4. Thiết bị tách dầu khí bị tắc 4. Thay thế thiết bị tách dầu – khí 5. Van áp suất nhỏ nhất khơng cĩ hiệu lực 5.Kiểm tra /sửa chữa van áp suất nhỏ nhất 7. Lượng dầu vào khí nén cĩ nhiệt độ quá cao, chu trình vận chuyển 1. Dầu thừa, mức dầu trong bình chứa quá cao 1. Kiểm tra mức dầu, lấy ra phần dầu thừa. 2. Dầu trở lại đường lọc hoặc đường điều khiển chạy bên dưới bị tắc 2. Làm sạch các yếu tố và đường dầu điều khiển, thay thế nếu cần thiết 116 dầu ngắn 3. Vịng đệm của thiết bị tách d ầu bị hỏng 3. Kiểm tra thiết bị tách dầu – khí và thay thế no nếu bị hỏng 4. Vịng đệm qúa cũ và bị hỏng 4. Thay vịng đệm 5. Bị rị rỉ trong hệ thống ống dầu 5. Kiểm tra đường ống và làm sạch điểm bị rị rỉ 6. Chất lượng dầu kém nhiều bọt 6. Thay thế dầu mới đúng yêu cầu 8. Dầu ra từ lọc khí phí trên và đĩng lại 1. khơng tải ho ặc tải ngắn trong một thời gian 1.a, Sửa chữa van điều khiển lấy vào b, Kiểm tra thời gian đĩng vào chậm của rơle và các đường điện khác 2. Van áp suất nhỏ nhất bị rị rỉ 2. Sửa chữa van áp suất nhỏ nhất và thay thế nĩ nếu cần thiết 3. Cơng tắc khí khơng đầy đủ 3. Kiểm tra van ngắt điện khí 9. Thường xuyên xảy ra sự tắt bật giữa tải và khơng tải 1. Đường ống bị rị rỉ 1. Kiểm tra chỗ cĩ thể bị rị rỉ 2. Thơng số áp suất đặt quá nhỏ 2. Đặt lại thơng số mới 3. Khí tiêu hao khơng cân bằng 3.Tăng khả năng chứa cuả thùng và thêm van áp suất nếu cần 1.1.2 Van điều khiển nhiệt độ khơng hoạt động: Khí nén được tạo ra từ máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theo từng mức độ khác nhau.Chất bẩn bao gồm bụi,hơi nước trong khơng khí,những phân tử nhỏ,cặn bã của dầu bơi trơn và truyền động cơ khí.Khí nén mang chất bẩn tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mịn,rỉ sét trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển.Vì vậy,khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xử lý.Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể. 117 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý khí nén được chia thành 3 giai đoạn: - Lọc khí thơ:dùng bộ phận lọc bụi thơ kết hợp với bình ngưng để tách hơi nước(loc khi nen). - Phương pháp sấy khơ:dùng thiết bị sấy(may say khi) khơ khí nén để loại bỏ hầu hết lượng nước lẫn bên trong.Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của hệ thống khí nén. +Sấy khơ khí nén bằng máy sấy khí(tác nhân lạnh): Nguyên lý của phương pháp sấy khơ bằng tác nhân lạnh là:khí nén đi qua bộ phận trao đổi nhiệt khí-khí(máy sấy khí).Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dịng khí nén chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn.Nhiệt độ đọng sương tại đây nằm trong khoảng 2oC đến 8oC.Như vậy lượng hơi nước trong dịng khí nén vào sẽ được ngưng tụ. Dầu nước,chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dịng khí nén sẽ được tách ra ngồi qua van thốt nước ngưng tụ (bộ tự động xả nước). + Sấy khơ khí nén bằng phương pháp hấp thụ: Chất sấy khơ hay cịn được gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong khơng khí ẩm.Thiết bị gồm hai bình,Bình thứ nhất chứa chất sấy khơ và thực hiện quá trình hút ẩm.bình thứ hai tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khơ.Chất sấy khơ thường được sử dụng:Silicagen SiO¬2,nhiệt độ điểm sương -500C, tái tạo từ 1200C đến 1800C (máy say khi hấp thu). Lọc khí tinh: loại bỏ tất cả các loại tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ đến 0,003µmm 1.1.3 Hệ thống khí cĩ thể bị rị rỉ a. Những bộ phận rị rỉ và hậu quả của việc rị rỉ Một hệ thống đường ống phân phối và tiết lưu dẫn khí nén từ hệ thống máy nén trung tâm tới các hộ tiêu thụ. Hệ thống này bao gồm các van cách ly, bẫy chất lỏng, các bình chứa trung gian và phần tản nhiệt đều trên ống để tránh hiện tượng ngưng tụ 118 hoặc đơng lạnh trên đường ống ở ngồi trời. Tổn thất áp suất trong quá trình phân phối thường được bù bằng áp suất cao hơn ở bộ phận đẩy của máy nén. Tại những điểm cấp khí dự kiến cĩ một ống cấp kèm theo van khĩa, bộ lọc và bộ điều tiết cấp . Khí nén cho các ống dẫn đến các hộ tiêu thụ. Rị rỉ cĩ thể gây ra tổn thất rất lớn ở hệ thống khí nén cơng nghiệp, cĩ khi lên tới 20- 30% năng suất của máy nén. Một dây chuyền điển hình khơng được bảo dưỡng tốt cĩ thể cĩ tỷ lệ rị rỉ lên tới khoảng 20% tổng cơng suất sản xuất khí nén. Ngược lại, nếu phát hiện và khắc phục tốt, cĩ thể giảm được rị rỉ xuống khoảng 10% sản lượng khí nén. Ngồi các tổn thất về năng lượng, rị rỉ cịn gây ra các tổn thất vận hành khác. Rị rỉ làm sụt áp suất hệ thống, làm các thiết bị dùng khí nén hoạt động kém hiệu quả, ảnh hưởng đến quy trình sản xuất. Hơn nữa, rị rỉ khiến hệ thống phải vận hành lâu hơn, làm giảm tuổi thọ của hầu hết tất cả các thiết bị trong hệ thống (bao gồm cả cụm máy nén khí). Tăng thời gian vận hành cũng dẫn đến việc phải bảo dưỡng bổ sung và tăng thời gian ngừng sản xuất ngồi trong lịch trình. Cuối cùng, rị rỉ gây ra tăng cơng suất máy nén khơng cần thiết. Các rị rỉ cĩ thể xảy ra ở mọi vị trí của hệ thống, những khu vực hay bị rị rỉ nhất bao gồm:  Mối nối, ống cứng, ống mềm và các khớp nối  Thiết bị điều chỉnh áp suất  Các lỗi khơng mở và các van đĩng  Các mối nối, điểm ngắt, vịng đệm. Lượng rị rỉ là hàm số của áp suất cấp ở một hệ thống khơng được kiểm sốt và tăng khi áp suất tăng. Tỷ lệ rị rỉ được tính bằng feet3 / phút (cfm) và cũng tỷ lệ với bình phương đường kính của lỗ rị. Xem bảng sau Bảng 6.2. Tỷ lệ rị rỉ với những áp suất cung cấp và lỗ rị với các kích thước khác nhau (US DOE, 2004) 119 b. Định lượng rị rỉ Với những máy nén cĩ thiết bị điều khiển tắt/bật hoặc đĩng/ngắt tải, cách ước tính khối lượng rị rỉ trong hệ thống rất dễ. Phương pháp này liên quan đến khởi động máy nén khi khơng tải (khi tất cả các thiết bị vận hành bằng khí nén, hộ tiêu thụ khí nén đã được tắt). Thực hiện một số đo đạc để xác định thời gian vận hành trung bình đĩng và ngắt tải trên nguyên lý máy nén bật và tắt theo chu kỳ do sự rị rỉ gây sụt áp hệ thống. Tổng lượng rị rỉ (%)được tính như cơng thức (1) sau: Rị rỉ (%) = [(Tx100)/(T+t)] (1) Trong đĩ: T = thời gian đĩng tải (thời gian máy chạy, phút) t = thời gian ngừng tải (thời gian máy dừng, phút) Lượng rị rỉ được xem như là phần trăm của tổn thất của máy nén. Ở những hệ thống được bảo dưỡng tốt, lượng tổn thất do rị rỉ ít hơn 10%. Ở những hệ thống bảo dưỡng kém con số này cĩ thể lên tới 20-30% cơng suất. c. Các bước xác định rị rỉ tại chỗ đơn giản Các bước đơn giản giúp định lượng rị rỉ tại chỗ ở hệ thống khí nén như sau:  Ngắt tất cả các thiết bị dùng khí nén (hoặc tiến hành kiểm tra khi khơng cĩ thiết bị nào đang sử dụng khí nén).  Chạy máy nén để nâng áp suất hệ thống lên bằng áp suất vận hành.  Ghi lại thời gian dùng cho chu trình “đĩng tải” và “ngắt tải” của máy nén. Để chính xác, lấy thời gian BẬT & TẮT của 8-10 chu trình liên tục. Sau đĩ tính tốn tổng Thời gian “BẬT” (T) và tổng thời gian “TẮT” (t). 120  Sử dụng cách trên để xác định lượng rị rỉ của hệ thống. Nếu Q là khơng khí bên ngồi được cấp vào trong thời gian kiểm tra (m3/phút), thì lượng rị rỉ của hệ thống (m3/phút) sẽ là theo cơng thức (2). Mức rị rỉ của hệ thống (m3/phút) = Q × T / (T + t) (2) Ví dụ Dưới đây là kết quả của một lần kiểm tra mức rị rỉ ở một doanh nghiệp Cơng suất máy nén (m3/phút) = 35 Áp suất khới động lại, kg/cm2 = 6,8 Áp suất ngắt, kg/cm2 = 7,5 Mức tải đo được kW = 188 kW Mức khơng tải ghi được kW = 54 kW Thời gian “Tải” trung bình =1,5 phút Thời gian “Khơng tải” trung bình = 10,5 phút Lượng rị rỉ = [(1,5)/(1,5+10,5)] x 35 = 4,375 m3/phút 1.2 Hệ thống khí cĩ thể bị rị rỉ 1.2.1 Xác định hư hỏng trong hệ thống khí nén Quá trình khắc phục sự cố hư hỏng trong máy mĩc nĩi chung hoặc trong cụ thể các hệ thống khí nén luơn luơn bao gồm những giai đoạn sau:  Nhận rõ triệu chứng  Xác định nguyên nhân và bộ phận hư hỏng  Tiến hành sửa chữa Việc xác định hư hỏng trong hệ thống điều khiển khí nén dù là hệ thống đơn giản hay phức tạp cũng thường khĩ khăn và cần cĩ những kỹ năng khác nhau. Tuy nhiên việc xác định hư hỏng. Bằng cách này việc xác định hư hỏng sẽ trở nên dễ dàng hơn và thời gian khắc phục sự cố sẽ được rút ngắn. Trong một hệ thống, dịng khí nén sẽ đi qua các phần tử sau: + Các phần tử nhập tín hiệu: van 3/2; 4/2; 5/2 121 + Các phần tử xử lý tín hiệu: - Các phần tử tác động: van 3/2; 4/2; 5/2 - Các phần tử điều khiển: van đổi áp suất, van 2 áp suất. + Các phần tử đầu ra: các phần tử sinh cơng: xy lanh, động cơ,,, Diễn tiến cụ thể của xác định hư hỏng tùy thuộc vào mức độ phức tạp của hệ thống, nhưng nĩi chung quá trình xác định hư hỏng gồm những bước sau đây: [1] Đầu tiên phải đảm bảo rằng tồn bộ hệ thống khơng áp suất. [2] Tất cả các nguồn cơng suất (nguồn, cung cấp khí nén, nguồn điện) phải được cách ly theo đúng quy định. [3]Kiểm tra tất cả các bộ phậ sinh cơng (các bộ phận dẫn động), chúng phải ở vị trí khởi đầu. [4] Kiểm tra tất cả các van hai trạng thái, chúng phải ở vị trí thích hợp. nghĩa là phải tương ứng với trạng thái ban đầu của hệ thống. Nếu cĩ thể điều khiển bằng tay hoặc tạo xung điều khiển dể đưa chúng về vị trí thích hợp [5] Đĩng tất cả các van dùng để điểu khiển lưu lượng điều khiển tốc độ piston của xylanh. [6] Tăng từ dịng cung cấp khí nén cho xy lanh. - Cĩ thể điều khiển bằng tay thơng qua bộ điều tiết áp suất - Cĩ thể điều khiển tự động thơng qua một van điều khiển an tồn. [7] Mở từ từ các van điều khiển lưu lượng [8] Đĩng nguồn điện với tất cả các thiết bị bảo vệ và các khĩa liên động ở vị trí thích hợp. Bước này thực hiện nếu trong hệ thống cĩ sử dụng nguồn điện (khi dùng các van solenoid, các van điều khiển bằng điện, các chỉ báo đèn) [9] Kiểm tra các hoạt động trong trường hợp khơng cĩ phơi liệu. Chia các trạng thái tổng quát thành các bước riêng lẻ. Ví dụ kích bằng tay các van điều khiển. 122 [10] Kiểm tra lắp đặt, sự điều chỉnh của tất cả các van chuyển mạch giới hạn. Chúng cĩ thực hiện chức năng chuyển mạch hay khơng? Các phần tử chuyển mạch điện khí nén cĩ bị quá tải hay khơng? [ 11] Kiểm tra hệ thống với trường hợp cĩ phơi liệu [12] Kiểm tra các lực và tốc độ cĩ đạt tới tốc độ quy định hay khơng [13] Kiểm tra tính năng hoat động của hệ thống như: ngừng mát, ngừng khẩn cấp, phục hồi trạng thái ban đầu, chạy với điều khiển bằng tay/ điều khiển tự động. [14] Cho máy hoạt động hồn chỉnh như hoạt động bình thường trong một thời gian dài. Quan sát hoạt động của thiết bị bảo vệ. [ 15] Lập tài liệu những thay đổi của hệ thống nếu cĩ, và ghi lại sự cố xảy ra của máy mĩc cũng như cách xử lý. [16] Hướng dẫn cho người vận hành và bảo trì các chức năng và chi tiết kỹ thuật của máy. Lưu ý: khi cĩ sự thay đổi về cấu hình hoặc trình tự hoạt động của máy, phải luơn liên hệ với nhà thiết kế để đảm bảo rằng những đặc điểm, tính năng kỹ thuật của máy được duy trì. Trong mọi sự thay đổi phải lưu trong hồ sơ lưu trữ của máy. 1.2.2 Xác định và sửa chữa lỗi trong các phần tử khí nén Phần này sẽ đề cập tới các vấn đề liên quan đến sử dụng, bảo trì và sửa chữa các thiết bị khí nén quan trọng, đĩng vai trị thiết yếu trong hệ thống khí nén. Các phần tử được chia thành hai nhĩm:  Nhĩm thiết bị cung cấp khí nén. - Nhĩm xylanh và các thiết bị điều khiển Ở mỗi phần tử sẻ đề cập đến các vấn đề sau - Bản vẽ cấu tạo - Mơ tả tĩm tắt hoạt động - Liệt kê các chi tiết cĩ thể mài mịn - Liệt kê những chi tiết cĩ thể bị mài mịn và cách khắc phục 123 - Những chú ý quan trọng trong việc lắp đặt, chỉ định, vận hành. 2. Các bài tập thực hành sửa lỗi. 2.1. Lỗi trong phần khí nén của tồn bộ hệ thống. Việc xác định hư hỏng một cách cĩ hệ thống và cách khắc phục sự cố hư hỏng được minh họa qua ví dụ: - Thiết bị: máy phay - Sơ đồ thiết bị như hình 5.22 Hình 5.22 Sơ đồ thiết bị máy phay Trên các máy này các chi tiết bằng nhơm được gia cơng ở các mặt cuối của chúng. Các chi tiết từ ngăn chứa được đẩy tì vào một điểm dừng. Sau đĩ chúng được kẹp chặt vào bản trượt được đẩy đi ngang qua cơ cấu phay nhờ xylanh C. Khi cơng đoạn phay hồn tất, các chi tiết được đẩy ra ngồi nhờ xylanh D. Bàn trượt trở về vị trí ban đầu của nĩ. 2.1.1 Nguyên nhân, khắc phục. a. Thu thập thơng tin và cách khắc phục 124 Những thơng tin từ người vận hành cĩ liên quan đến sự cố xảy ra sẽ là những thơng tin rất hữu ích, giúp cho kỹ thuật viên nhanh chĩng xác định được hư hỏng, từ đĩ đề ra thứ tự sửa chữa hợp lý. Cĩ thể đặt ra những câu hỏi sau cho người vận hành máy: - Cĩ phải sự cố xảy ra khi máy vẫn cịn trong vị trí chuyển mạch hay khơng - Trước đây sự cố cĩ xảy ra thường xuyên khơng? - Người vận hành máy cĩ vừa thực hiển một sửa chữa hay thay đổi vị trí chuyển mạch hay khơng? Ví dụ máy phay với sự cố là bộ phận nạp phơi 3. 0(C) khơng dịch chuyển đến vị trí cuối của hành trình. b. Nghiên cứu trình tự chuyển động- biểu đồ trình tự - Biểu đồ trình tự theo bước Hình 5.23 Biểu đồ trạng thái của hệ thống Từ biểu đồ hình 5.23 dịch chuyển theo bước cĩ thể gây ra chu trình điều khiển khơng hồn chỉnh. - Xylanh 1. 0(A) duỗi ra - Xylanh 2. 0(B) duỗi ra 125 - Xylanh 1. 0(A) thụt vơ - Xylanh 3. 0(C) duỗi ra - Xylanh 2. 0(B) thụt vơ - Xylanh 4. 0(D) duỗi ra - Xylanh 4. 0(D) thụt vơ - Xylanh 3. 0(C) thụt vơ Tuy nhiên, trong biểu đồ dịch chuyển theo bước (biểu đồ chuyển động) chỉ cĩ các phần tử sinh cơng được xem xét. Nếu sự cố xảy ra trong phần điều khiển, như trong trường hợp này, thì cần thiết phải biết đến mối liên hệ giữa các phần tử sinh cơng và các phần tử điều khiển của máy phay sẽ cho thấy mối liên hệ giữa các phần tử riêng rẽ. - Chú ý quan trọng Trước khi thực hiện trên phần điều khiển như tháo các ống hoặc phần tử khí nén,phải nghiên cứu kỹ biểu đồ dịch chuyển theo bước và biểu đồ trình tự để xác định hư hỏng. 126 c. Xác định hư hỏng trong mạch điều khiển Nếu cĩ người vận hành máy khơng cung cấp thơng tin sự cố xảy ra trong mạch điều khiển người kỹ thuật viên phải xác định hư hỏng trong trình tự mạch điều khiển sau khi hư hỏng xảy ra. Bước điều khiển bị trục trặc sẽ được xác định bằng biểu đồ dịch chuyển theo bước, cịn phần tử liên quan đến sự cố sẽ được xác định theo biểu đồ trình tự. Đối với ví dụ máy phay nêu trên, xylanh 3. 0(C) khơng duỗi ra đến cuối hành trình được, nghĩa là sự cố xảy ra ở bước 4. Dựa vào biểu đồ trình tự, chúng ta sẽ xác định được các phần tử nào sẽ chịu ảnh hưởng ở những bước tiếp theo. d. Đọc biểu đồ để xác định vị trí hư hỏng trong phần điều khiển Sau khi đọc biểu đổ dịch chuyển theo bước và biểu đồ trình tự, các phần tử riêng rẽ trong sơ đồ mạch sẽ được xác định. Khi đọc sơ đồ mạch cũng sẽ đạt được sự tiếp cận cĩ hệ thống đối với mạch điều khiển. Một yếu tố quan trọng khi đọc sơ đồ mạch là phải biết điều kiện phụ yêu cầu đối với mạch điều khiển. - Sơ đồ mạch máy phay: 127 Hình 5.24 Sơ đồ hệ thống khí nén máy phay - Từ sơ đồ mạch 5.24 ta cĩ thể nhận diện được các điều kiện phụ đĩ là:  Điều khiển tự động/Điều khiển bằng tay (AUT./MAN.)  Điều khiển đồng bộ  Cĩ thể ngừng khẩn cấp NS  Cĩ thể ngắt nguồn điều khiển khẩn cấp NSE  Điều khiển chỉ cĩ thể hoạt động khi động cơ đang chạy - Với sự cố trên, từ biểu đồ trình tự cĩ thể xác định các phần tử cĩ liên hệ trực tiếp là:  Van 3/2  Xylanh 1. 0(A)  Van 0. 11/0. 12 (tầng 4)  Van 3. 1  Xylanh 3. 0(C) Vì thế cĩ thể kiểm tra các phẩn tử này và các đường ống dẫn khí. 128 - Định vị hư hỏng Nếu cĩ thể điều khiển bằng tay hãy tiến hành vận hành máy bằng tay a. Kiểm tra động cơ phay cĩ đang chạy hay khơng? (van 0. 26 phải xả khí nén cho phần tử điều khiển). b. Kiểm tra phần “ngừng khẩn cấp” (van 0. 29 phải dịch chuyển mạch hoạt động cho van 0. 28). c. Kiểm tra van 3.2 (van cĩ được cung cấp khí nén hay khơng). d. Kiểm tra van 3.2 (van 3.2 phải được vận hành bởi xy lanh 1.0(A)) e. Kiểm tra đường ống số 3 (đường ống khí nén này cĩ chứa khí nén hay khơng?) f. Kiểm tra van 0. 12 (van này cĩ cung cấp khí nén hay khơng?) g. Kiểm tra van 3.1 (cĩ phải van chuyển mạch khi đặt khí nén vào van tín hiệu được đặt ngược chiều). h. Kiểm tra xy lanh 3. 0(C) bộ phận nạp phơi bị kẹt, nĩ cĩ bị khĩa ở hành trình trở về hay khơng? Nếu các điểm riêng rẽ nêu trên kiểm tra một cách cĩ hệ thống, hư hỏng sẽ được tìm một cách chắc chắn và nhanh chĩng. - Lưu ý: hãy suy nghĩ kỹ trước khi tiến hành một động tác trên hệ thống điều khiển để tránh gây nguy hiểm. 2.1.2 Bị rỉ sét, bị gãy lị xo, bị mắc kẹt Van bị rị ,mắc kẹt hoặc rỉ sét, nguyên nhân là cĩ hơi nước trong khí nén, khơng lau chùi thường xuyên và van lâu ngày khơng hoạt động. Do áp suất và nhiệt độ dịng khí lớn, lâu ngày khơng sử dụng, gây ra quá tải, gãy, bể. Cần kiểm tra và bảo dưỡng các thiết bị thường xuyên, kiểm tra phin lọc ẩm, kiểm tra máy sấy. 129 2.2. Lỗi tạo ra từ việc lắp sai. Khi lắp mới thiết bị, phải đảm bảo rằng thiết bị được thiết kế phù hợp với điều kiện sử dụng và tuân thủ đầy đủ các quy định trong các tiêu chuẩn an tồn hiện hành (TCVN 6153: 1996 đến TCVN 6156: 1996 cho bình áp lực, TCVN 6004:1995 đến TCVN 6007: 1995 đối với nồi hơi, TCVN 6008:1995 về chất lượng mối hàn thiết bị áp lực, TCVN 6413:1998 đối với nồi hơi ống lị ống lửa, TCVN 6104:1996 đối với hệ thống lạnh, TCVN 6486:1999 đối với bồn LPG, TCVN 6158:1996 và TCVN 6159:1996 đối với đường ống dẫn hơi nước và nước nĩng v.v.). Tuy nhiên cĩ một điều cần lưu ý là các tiêu chuẩn nĩi trên thường chỉ đưa ra các yêu cầu hết sức cơ bản, để cĩ thể thiết kế chi tiết thường phải dựa vào các tiêu chuẩn thiết kế của nước ngồi như ASME, TEMA, BS, DIN, JIS v.v. trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu quy định của tiêu chuẩn Việt Nam. Thiết bị phải được chế tạo từ các vật liệu phù hợp với mơi chất và điều kiện làm việc. Quy trình cơng nghệ phải được lựa chọn sao cho quá trình thao tác ít gây ảnh hưởng nhất đến thiết bị (ví dụ khơng cần phải leo lên trên thiết bị, khơng phải gõ, đập lên thiết bị v.v.) Hết sức cẩn thận khi sửa chữa hay cải tạo các thiết bị áp lực. Việc sửa chữa, cải tạo phải theo các phương án kỹ thuật được lập ra một cách chặt chẽ, chi tiết và được thực hiện bởi những người, đơn vị cĩ đầy đủ năng lực, pháp nhân. Quá trình sửa chữa, cải tạo phải được giám sát chặt chẽ. Thiết bị phải được kiểm tra và nghiệm thử đầy đủ sau khi cải tạo, sửa chữa. 2.3. Lỗi xuất hiện trong quá trình vận hành Một trong những nguyên nhân gây ra những lỗi trong hệ thống khí nén là do vận hành khơng đúng, do người vận hành khơng được huấn luyện hoặc khơng được giám sát, nhắc nhở đầy đủ a. Yêu cầu người quản lý, vận hành và bảo dưỡng phải nắm đầy đủ điều kiện vận hành của thiết bị: 130 - Nắm được loại mơi chất đang được tồn trữ, xử lý và vận chuyển bên trong thiết bị và các đặc tính của nĩ (ví dụ: độc tính, khả năng cháy nổ ,v.v.) - Nắm được điều kiện vận hành của thiết bị, ví dụ như: áp suất, nhiệt độ, điều kiện mài mịn, ăn mịn v.v. - Nắm được thơng số giới hạn phạm vi vận hành an tồn của thiết bị cũng như tất cả các thiết bị khác cĩ liên quan trực tiếp hoặc bị ảnh hưởng trực tiếp bởi thiết bị áp lực. - Phải soạn lập được các hướng dẫn vận hành và xử lý sự cố chi tiết cho từng bộ phận cũng như đối với tồn bộ hệ thống thiết bị. - Phải đảm bảo rằng cơng nhân vận hành, sửa chữa và tất cả những người cĩ liên quan đã được hướng dẫn, huấn luyện, kiểm tra chi tiết về quy trình vận hành và xử lý sự cố. b. Phải lắp đặt đầy đủ các thiết bị bảo vệ và đảm bảo cho chúng luơn ở trạng thái sẵn sàng làm việc: - Các thiết bị bảo vệ như van an tồn, rơ le áp suất cũng như các thiết bị bảo vệ khác cĩ mục đích ngắt thiết bị khi áp suất, nhiệt độ, mức mơi chất bên trong thiết bị vượt quá mức cho phép phải lắp đặt đầy đủ trên bình áp lực, hệ thống ống. - Các thiết bị bảo vệ phải được cân chỉnh, cài đặt ở các thơng số tác động phù hợp. - Nếu cĩ các thiết bị báo động, các thiết bị này phải được lắp đặt sao cho các tín hiệu âm thanh, ánh sáng của chúng là dễ nhận thấy nhất. - Phải đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ luơn luơn ở tình trạng hồn hảo, sẵn sàng hoạt động. - Các thiết bị xả tự động như van an tồn, màng phịng nổ phải cĩ ống xả dẫn ra vị trí an tồn. - Phải đảm bảo rằng chỉ những người cĩ đủ trách nhiệm và thẩm quyền được phép thay đổi các thơng số cài đặt của các thiết bị bảo vệ. 131 c. Thực hiện đầy đủ quá trình đào tạo, huấn luyện: - Tất cả những người vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa và làm các cơng việc cĩ liên quan đến thiết bị áp lực đặc biệt là những cơng nhân mới phải được huấn luyện, đào tạo một cách đầy đủ. - Việc huấn luyện phải được thực hiện lại trong các trường hợp sau: - Khi thay đổi cơng việc - Khi thiết bị hoặc quy trình vận hành thay đổi - Sau một thời gian ngừng làm việc hoặc chuyển làm việc khác. - Sau mỗi định kỳ hàng năm. 2.3.1 Nguyên nhân Các sự cố xảy ra trong quá trình vận hành thiết bị áp lực luơn đi kèm theo các tai nạn gây chấn thương và chết người nghiêm trọng. Mỗi năm cĩ hàng trăm sự cố nghiêm trọng xảy ra đối với thiết bị áp lực gây chấn thương nặng và chết hàng chục người. Khi người vận hành khơng được trang bị đầy đủ kiến thức về hệ thống khí nén và an tồn thì lỗi và tai nạn sẽ khơng tránh khỏi. 2.3.1 Khắc phục a. Người vận hành phải trang bị đầy đủ các yêu cầu về an tồn và kỹ thuật b. Vì là người vận hành trực tiếp thiết bị do vậy phải tuyệt đối tuân theo các chỉ tiêu vận hành kỹ thuật. c. Thực hiện vận hành kiểm tra hàng ngày 132