Mã
bài: MĐ 32 - 02
Mục tiêu:
- Trình bày được cấu tạo
và nguyên lý làm việc của các phần tử trong hệ thống điều khiển điện khí nén.
- Lắp được hệ thống điều
khiển điện khí nén cơ bản.
- Chủ động, sáng tạo và
an toàn trong thực hành.
- Mục tiêu:
Phân loại các loại van đảo chiều
là cơ cấu chỉnh hướng có nhiệm vụ điều khiển dòng khí nén. Hiểu được tín hiệu
tác động của van và kí hiệu van đảo chiều cũng như nguyên lý làm việc của các loại van điều khiển.
Giới
thiệu các loại van khí nén trong thực tế và các loại van logic khác
Van đảo chiều là cơ cấu
chỉnh hướng có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng đi qua van chủ yếu bằng cách
đóng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng. Các thành phần được mô tả ở hình 2.1.
Hình 2.1 Các thành
phần van chỉnh hướng
Nếu kí hiệu lò xo nằm
ngay phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí
“không”, vị trí đó là ô vuông nằm bên phải của kí hiệu van đảo chiều và được kí
hiệu là “0”. Điều đó có nghĩa là chừng nào chưa có lực tác động vào pít tông trượt
trong nòng van, thì lò xo tác động vẫn giữ ở vi trí đó. Tác động vào làm thay
đổi trực tiếp hay gián tiếp pít tông trượt là các tín hiệu sau (hình 2.2):
- Tác động bằng tay
- Tác động
bằng cơ
- Tác động
bằng điện
-
Tác động bằng khí và dầu
Hình 2.2 Tín hiệu tác động
Van đảo chiều có rất
nhiều dạng khác nhau, nhưng dựa vào đặc điểm chung là số cửa, số vị trí và số
tín hiệu tác động để phân biệt chúng với nhau (hình 2.3):
- Số vị trí: là số chỗ
định vị con trượt của van. Thông thường van đảo chiều có hai hoặc ba vị trí; ở
những trường hợp đặc biệt thì có thể nhiều hơn.
Thường kí hiệu: bằng các chữ cái o, a, b,… hoặc các con số
0,1, 2,…
-
Số cửa ( đường): là số lỗ để dẫn khí hoặc dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo
chiều thường dùng là 2, 3, 4, 5. Đôi khi có thể nhiều hơn.
Thường kí hiệu: Cửa nối với nguồn : P
Cửa nối làm việc: A, B, C…
Cửa xả lưu
chất: R, S, T…
- Số tín hiệu: là tín hiệu kích thích con trượt chuyển từ vị trí này
sang vị trí khác. Có thể là 1 hoặc 2. Thường dùng các kí hiệu: X, Y, …
Hình 2.3 Kí hiệu van đảo chiều
] Quy ước về đặt tên các cửa
van.
|
Cửa nối van được ký hiệu như sau:
|
ISO 5599
|
ISO 1219
|
|
Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí)
|
1
|
P
|
|
Cửa nối làm việc
|
2 , 4, 6,
…
|
A , B ,
C, …
|
|
Cửa xả khí
|
3 , 5 ,
7…
|
R , S ,
T…
|
|
Cửa nối tín hiệu điều khiển
|
12 , 14…
|
X , Y …
|
Van có tác động bằng cơ –
lò xo lên nòng van và kí hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên phải của kí hiệu van ta
gọi đó là vị trí “không”. Tác động tín hiệu lên phía đối diện nòng van ( ô
vuông phía bên trái kí hiệu van) có thể là
tín hiệu bằng cơ, khí nén, dầu hay điện. Khi chưa có tín hiệu tác động
lên phía bên trái nòng van thì lúc này tất cả các cửa nối của van đang ở vị trí
ô vuông nằm bên phải, trường hợp có giá trị đối với van đảo chiều hai vị trí.
Đối với van đảo chiều 3 vị trí thì vị trí “ không “ dĩ nhiên là nằm ô vuông ở
giữa.
-
Van đảo chiều 2/2
Hình 2.4 là van có 2 cửa
nối P và A, 2 vị trí 0 và 1. Vị trí 0 cửa P và cửa A bị chặn. Nếu có tín hiệu
tác động vào, thì vị trí 0 sẽ chuyển sang vị trí 1, như vậy cửa P và cửa A nối
thông với nhau. Nếu tín hiệu không còn tác động nữa, thì van sẽ chuyển từ vị
trí 1 về vị trí 0 ban đầu, vị trí “ không “ bằng lực nén lò xo.
Hình 2.4 Van 2/2
-
Van đảo chiều 3/2
Hình 2.5 là có 3 cửa và 2
vị trí. Cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa A nối với buồng xylanh cơ cấu chấp
hành, cửa T cửa xả. Khi con trượt di chuyển sang trái cửa P thông với cửa A.
khi con trượt di chuyển sang phải thì cửa A thông với cửa T xả dầu về thùng
hoặc là xả khí ra môi trường. Van này thường dùng để làm Rơle dầu ép hoặc khí
nén.
Hình 2.5 Van 3/2
-
Van đảo chiều 4/2
Hình 2.6 là van có 4 cửa
và 2 vị trí. Cửa P nối với nguồn năng lượng; cửa A và cửa B lắp vào buồng trái
và buồng phải của xylanh cơ cấu chấp hành; cửa T lắp ở cửa ra đưa năng lượng về
thùng đối với dầu, còn thải ra môi trường xung quanh đối với khí nén.
Khi con trượt của van di
chuyển qua phải cửa P thông với cửa A năng lượng vào xylanh cơ cấu chấp hành,
năng lượng ở buồng ra xylanh qua cửa B
nối thông với cửa T ra ngoài. Ngược lại khi con trượt của van di chuyển qua
trái, cửa P thông với cửa B và cửa A thông với cửa xả T.
Hình 2.6 Van 4/2
Hình 2.7 mô tả van 4/2 tác động mặc định là lực đẩy lò xo và tín hiệu tác động phía còn
lại là cuộn coil điện và có cả nút nhấn phụ.
|
1. Píttông
2. Lò xo
3. Vỏ van
4. Cuộn solenoid
5. Lõi
|
|
Hình 2.7 Van 4/2, 1 side (coil)
-
Van đảo chiều 5/2
Hình 2.8 là van có 5 cửa
2 vị trí. Cửa P là cung cấp nguồn năng lượng, cửa A lắp với buồng bên trái xylanh
cơ cấu chấp hành, cửa B lắp với buồng bên phải của xi lanh cơ cấu chấp hành,
cửa T và cửa R là cửa xả năng lượng. Khi con trượt van di chuyển qua phải, cửa
P thông với cửa A, cửa B thông với cửa T. Khi con trượt của van di chuyển qua
trái, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa R.
Hình 2.8 Van 5/2
-
Van đảo chiều 4/3
Van 4/3 là van có 4 cửa 3
vị trí. Cửa A, B lắp vào buồng làm việc của xylanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối
với nguồn năng lượng, cửa T xả về thùng đối với dấu hoặc ra môi trường đối với
khí.
Hình 2.9 mô tả van 4/3 có
vị trí trung gian nằm ở giữa do sự cân bằng lực căn lò xo ở hai vị trí trái
và vị trí phải của van. Sự di chuyển vị
trí con trượt (píttông) sang trái hoặc sang phải bằng tín hiệu tác động bằng
điện vào hai cuộn solenoid hoặc có thể là nút nhấn phụ ở hai đầu. Ở vị trí
trung gian năng lượng vào cửa P bị chặn lại, cửa A, cửa B bị đóng nên xylanh cơ
cấu chấp hành không di chuyển. Khi tác động tín hiệu điện vào solenoid phải,
píttông(1) di chuyển sang trái, cửa P thông với cửa A, cửa P thông với cửa T.
Ngược lại tác động tín hiệu điện vào
solenoid trái, píttông(1) di chuyển sang phải, cửa P thông với cửa B, cửa A
thông với cửa T.
Hình 2.9 Van đảo
chiều 4/3 tác động điện 2 đầu
1. Píttông 5. Solenoid phải 2.
Vỏ van 6. Solenoid trái
3. Lò xo phải 7. Lõi phải 4.
Lò xo trái 8. Lõi trái
Hình 2.10 mô ta van 4/3 có vị trí
trung gian an toàn. Vị trí trung gian cửa P bị đóng, cửa làm việc A, B thông
với cửa T.
Hình 2.10 Van 4/3 vị trí
trung gian an toàn
Hình 2.11 mô tả
van 4/3 vị trí trung gian có cửa P nối với T.
Hình 2.11 Van 4/3 vị trí trung gian có cửa P nối với T
-
Van đảo chiều 5/3
Van 5/3 có 5 cửa và 3 vị trí. Cửa A, B lắp vào
buồng làm việc của xylanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa
T xả về thùng đối với dấu hoặc ra môi trường đối với khí.
Hình 5.22 là kí hiệu của
van 5/3. Van 5/3 thường được sử dụng trong hệ thống khí nén.
Hình 2.12 Kí hiệu
van 5/3
- Van một chiều là van dùng để điều khiển dòng năng lượng đi theo một hướng, hướng còn
lại dòng năng lượng bị chặn lại. Trong hệ
thống điều khiển khí nén – thủy lực van một chiều thường đặt ở nhiều vị
trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau (hình 2.13).
Hình 2.13 Van một chiều
Van tiết
lưu có nhiệm vụ điều chỉnh
lưu lượng khí đi qua, tức là
điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian hoạt động của cơ cấu chấp hành.
Nguyên lý
làm việc của
van tiết lưu
là lưu lượng
dòng khí nén qua van phu thuộc vào sự thay đổi tiết diện.
- Van tiết lưu hai chiều có tiết diện không thay đổi
Lưu lượng dòng chảy qua
khe hở của van có tiết diện không thay đổi, được kí hiệu như trên hình 2.14
Hình 2.14 Kí hiệu
van tiết lưu có tiết diện không thay đổi
-
Van tiết lưu hai chiều có tiết diện thay đổi
Van tiết lưu có tiết diện
thay đổi điều chỉnh dòng lưu lượng qua van. Hình 2.15 mô tả nguyên lý hoạt động
và kí hiệu van tiết lưu có tiết diện thay đổi, tiết lưu được cả hai chiều, dòng
lưu chất đi từ A qua B và ngược lại.
Hình 2.15 Van tiết lưu 2 chiều
Nguyên lý hoạt động của
van tiết lưu một chiêu điều chỉnh bằng tay được trình bày như hình sau: tiết
diện chảy Ax thay đổi nhờ điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay. Khi
dòng khí nén đi từ A qua B, lò xo đẩy màng chắn xuống và dòng khí nén chỉ đi
qua tiết diên Ax. Khi dòng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén
thẳng lực lò xo đẩy màng chắn lên và như
vậy dòng khí nén sẽ đi qua khoảng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu
lượng không được điều chỉnh.
Hình 2.16 Van tiết lưu 1 chiều
|
|
1. Vít điều chỉnh bằng tay
2. Khe hở có tiết diện Ax
3. Lò xo
4. Màng Chắn
|
Hình 2.17 Cấu
tạo van tiết lưu 1 chiều
-
Van tiết lưu một
chiều điều chỉnh bằng cữ chặn
Vận tốc của xylanh
trong qúa trình chuyển động với những hành trình khác nhau tương ứng vận tốc
khác nhau, thường chọn van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn.
Nguyên lý hoạt động của van tiết lưu một chiều điều
chỉnh bằng cữ chặn cũng tương tự như van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng
tay. Khi điều chỉnh vít cữ chặn tức là điều chỉnh được tiết diện chảy Ax.
Hình 2.18 Cấu tạo van tiết lưu 1 chiều điều chỉnh bằng cữ chặn
Cơ cấu chỉnh áp dùng để
điều chỉnh áp suất, có thể cố định hoặc tăng hoặc giảm trị số áp suất trong hệ
thống truyền động khí nén. Cơ cấu chỉnh áp có các loại phần tử sau:
Van an toàn có nhiệm vụ
giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. Khi áp suất lớn hơn áp suất chó
phép của hệ thống thì dòng áp suất lưu chất sẽ thắng lực lò xo, và lưu chất sẽ
theo cửa T ra ngoài không khí nếu là khí nén, còn là dầu thì sẽ chảy về lại
thùng chứa dầu (hình 2.19).
Hình 2.19 Van an toàn
Nguyên tắc hoạt động của
van tràn tương tự như van an toàn. Chỉ khác ở chổ khi áp suất cửa P đạt đến giá
trị xác định, thì cửa P nối với cửa A, nối với hệ thống điều khiển (hình 2.20).
Hình 2.20 Kí hiệu van tràn
Trong một hệ thống điều
khiển khí nén máy nén tạo năng lượng cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp
hành có áp suất khác nhau. Trong trường hợp này ta phải cho máy nén làm việc
với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành để giảm áp
suất đến một trị số cần thiết.
Hình 2.21 Van giảm áp
Rơle áp suất thường dùng trong hệ thống khí nén
của các máy tự động và bán tự động. Phần tử này được dùng như là một cơ cấu
phòng quá tải, tức là có nhiệm vụ đóng hoặc mở các công tắc điện, khi áp suất
trong hệ thống vượt quá giới hạn nhất định và do đó làm ngưng hoạt động của hệ
thống. Vì đặc điểm đó nên phạm vi sử dụng của rơle áp suất được dùng rất rộng
rãi, nhất là trong phạm vi điều khiển.
Nguyên lý hoạt động, cấu tạo và kí hiệu của rơle
áp suất mô tả ở (hình 2.22). Trong hệ thống điều khiển điện - khí nén, rơle áp
suất có thể coi là phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén – điện. Trong thủy lực
nó là pầhn tử chuyển đổi tín hiệu dầu – điện.
Hình 2.22 Rơle áp suất
-
Hằng và biến
nhị phân
Đại số Boolean khác với đại số thông thường ở chỗ hằng
và biến chỉ có hai khả năng 0 và 1. Ở thời điểm khác nhau có thể là 0 hoặc 1.
Các biến đại số Boolean thường sử dụng đặc trưng cho mức điện thế ở ngõ vào
hoặc ngõ ra.
Ví dụ: Ở giá trị điện thế từ 0V đến 0,8V, giá trị
Boolean là 0, còn ở mức điện thế 2V-5V thì giá trị đó là 1.
Trong khí nén, biến đại số Boolean cũng được sử dụng
để đặc trưng cho khí có áp suất ở ngõ ra
Ví dụ: Ở một ngõ ra khí có áp suất trong khoảng 5 bar
tín hiệu là 1, và khi áp suất là khoảng 1 bar là tín hiệu 0.
Những phép toán cơ bản:
+ Phép công logic hay cũng được gọi là phép OR ký hiệu bởi
dấu “+”.
+ Phép nhân logic hay cũng được goi là phép AND ký hiệu
bởi dấu “.”.
+ Phép đảo hay phép bù logic, cũng được gọi là phép toán
NOT, ký hiệu bằng dấu ngang trên đầu “ ─
” hoặc dấu “ ’ ” để biểu
thị.
-
Bảng sự thật
Để biểu diễn qui luật hoạt động logic từ yêu cầu thực
tế, ta cần xây dựng một bảng để thể hiện tất cả các trạng thái đáp ứng của các
tín hiệu ra tương ứng với sự kết hợp của các tín hiệu vào. Được gọi là bảng sự
thật (truth table). Đắc biệt quan trọng trong thiết kế các mạch logic vì nó là
cơ sở để xây dựng hàm logic
Ví dụ: Cho một bóng đèn A được điều khiển bởi hai công
tắc S1 và S2 theo quy luật sau.
v Hai công tắc S1 và S2 ngắt thì đèn A tắt.
v Một trong hai công tắc bật thì đèn A sáng.
v Hai công tắc S1 và S2 cùng bật thì đèn A tắt.
Yêu cầu: Xây dựng
bảng sự thật cho mạch điều khiển bóng đèn A.
|
Bảng sự thật mô tả bằng lời
|
|
Bảng sự thật mô tả bằng giá trị logic
|
|
Inputs
|
output
|
Inputs
|
output
|
|
S2
|
S1
|
A
|
S2
|
S1
|
A
|
|
Ngắt
|
Ngắt
|
Tắt
|
0
|
0
|
0
|
|
Ngắt
|
Bật
|
Sáng
|
0
|
1
|
1
|
|
Bật
|
Ngắt
|
Sáng
|
1
|
0
|
1
|
|
Bật
|
Bật
|
Tắt
|
1
|
1
|
0
|
Hình 2.23 Bảng sự thật
của ví dụ 1.2.2
1.5.2
Các phần xử
lý tín hiệu logic.
-
Phần tử YES
Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử YES được
trình bày ở hình 2.24
Ký hiệu điện Kí hiệu
logic Cấu tạo khí nén
Hình 2.24 phần tử logic
YES
-
Phần tử NOT
Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử NOT được
trình bày ở hình 2.25
Ký hiệu điện Kí hiệu logic Cấu tạo khí nén Kí hiệu khí nén
Hình 2.25 Phần
tử logic NOT
-
Phần tử OR
Sơ đồ mạch, bảng sự
thật, kí hiệu của phần tử OR được trình bày ở hình 2.26
|
 Ký hiệu điện
|
Kí hiệu logic
|
Cấu tạo khí nén
|
Kí hiệu khí nén
|
|
Hình 1.26 Phần tử OR
|
|
Bảng sự thật
|
|
a
|
b
|
S
|
|
0
|
0
|
0
|
|
0
|
1
|
1
|
|
1
|
0
|
1
|
|
1
|
1
|
1
|
|
-
Phần tử AND
Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử AND được
trình bày ở hình 1.7 khi có dòng khí nén vào từ a thì cửa b bị chặn và
cửa a nối với cửa S. Ngược lại khi dòng khí nén vào b thì cửa a bị chặn, cửa
b nối với cửa S.
Ký hiệu điện Kí hiệu logic Cấu tạo khí nén Kí hiệu khí nén
Kí hiệu mach khí nén
|
Hình 2.27 Phần tử AND
|
|
Bảng
sự thật
|
|
a
|
b
|
S
|
|
0
|
0
|
0
|
|
0
|
1
|
0
|
|
1
|
0
|
0
|
|
1
|
1
|
1
|
|
-
Phần tử NAND
Sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của
phần tử NAND được trình bày ở hình 2.28.
Ký hiệu điện Kí hiệu logic Kí hiệu khí nén
|
Hình 2.28 Phần tử NAND
|
|
Bảng
sự thật
|
|
a
|
b
|
S
|
|
0
|
0
|
1
|
|
0
|
1
|
1
|
|
1
|
0
|
1
|
|
1
|
1
|
0
|
|
-
Phần tử NOR
Sơ
đồ mạch, bảng trạng, kí hiệu của phần tử NOR được trình bày ở hình 2.29
Ký hiệu điện Kí hiệu logic Kí hiệu khí nén
|
Hình 2.29 Phần tư NOT
|
|
Bảng sự thật
|
|
a
|
b
|
S
|
|
0
|
0
|
1
|
|
0
|
1
|
0
|
|
1
|
0
|
0
|
|
1
|
1
|
0
|
|
-
Phần tử nhớ
Flip-Flop
Như chúng đã biết ở các phần tử trước, khi tín hiệu
vào dưới dạng xung bị mất thì tín hiệu
ra cũng mất luôn. Phần tử này có nhiệm vụ nhớ như đã nói ở phần trên, có nghĩa
là tín hiệu ra vẫn được duy trì cho dù tín hiệu vào không cón nữa.
Hình 2.30 trình
bày sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử nhớ 2 cổng vào và một cổng
ra.
Ký hiệu điện Kí hiệu logic Kí hiệu khí nén
|
|
Bảng sự thật
|
|
a
|
b
|
S
|
|
0
|
0
|
Không đổi
|
|
0
|
1
|
1
|
|
1
|
0
|
0
|
|
1
|
1
|
0
|
|
Hình 2.30 Phần tử nhớ 2 in / 1 out
Hình 2.31 trình
bày sơ đồ mạch, bảng sự thật, kí hiệu của phần tử nhớ 2 cổng vào và hai cổng
ra.
Ký hiệu điện Kí hiệu logic Kí hiệu khí nén
|
|
|
Bảng sự thật
|
|
a
|
b
|
X
|
Y
|
|
0
|
0
|
Không đổi
|
|
0
|
1
|
1
|
0
|
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
1
|
1
|
Không đổi
|
|
Hình 2.31 Phần tử nhớ 2 in / 2 out
1.5.3 Van điều chỉnh thời gian
- Phần tử thời gian mở trễ theo chiều dương: biểu đồ
thời gian và kí hiệu mô tả ở hình 2.32.
Kí hiệu khí nén Biểu đồ
thời gian
Hình 2.32 Phần
tử đóng chậm
- Phần tử thời gian ngắt trễ theo chiều âm: biểu đồ
thời gian và kí hiệu mô tả ở hình 2.33.
Kí hiệu khí nén Biểu
đồ thời gian
Hình 2.33 Phần tử ngắt
chậm
1.5.4 Van chân không
Khí đi vào từ cửa A và
đi ra từ cửa B, do độ chênh áp giữa dòng khí trong đoạn A-B và đoạn ống C, tạo
nên độ chân không như hình 2.34
Hình 2.34 Van chân không
- Mục tiêu:
Gới thiệu
tác động và đưa vào xử lý có thể là điện, khí nén. Các phần tử đưa tín hiệu có
thể: nút nhấn, giới hạn hành trình, công tắc, rơle, bộ định thời, bộ đếm, các
cảm biến.
2.1. Công
tắc
Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng, mở,
hoặc các tín hiệu là kết quả của tác động cơ học
làm công tắc mở hoặc đóng.
Kí hiệu điện Kí
hiệu khí nén
Hình 2.35 Công tắc
Nút nhấn tác
động thì tiếp điểm (1,2) mở ra và tiếp điểm (1,4) nối lại.
Hình 2.36 Tín hiệu điện (NO và NC)
Rơ le được sử dụng rất nhiều trong các sơ đồ mạch điện khí nén và các sơ đồ
điều khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn, từ 4 đến 6 tiếp điểm, vừa
thường mở và thường đóng, rơ le dùng để truyền tín hiệu khi có khả năng đóng,
ngắt. Rơ le còn được sử dụng để cách ly điện áp giữa phần điều khiển và cơ cấu
chấp hành.
Theo dòng điện có:
rơ le một chiều, rơ le xoay chiều
Hình 2.37 Cấu tạo Rơ le
Công tắt hành trình trước tiên là cái công tắc
tức là làm chức năng đóng mở mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của
một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu
đến một vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh tiến
hoặc quay.
Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ
làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó
có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác. Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào các mục
đích như:
+ Giới
hạn hành trình cho Xi Lanh trong khí nén.
+ Hành trình tự động: Kết hợp với các role, PLC hay
VĐK để khi cơ cấu đến vị trí định trước
sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó). Công tắc hành
trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động... Các công tắc hành trình
có các tiếp thường đóng, thường mở.
Kí hiệu
Hình 2.38 Giới hạn hành trình điện
Kí hiệu: 
Hình 2.39: Cấu tạo của công tắc hành trình.
- Tác dụng của công tắc hành trình nam
châm.
Công tắc
hành trình nam
châm (công tắc từ
– Reed Switch) là
thiết bị dùng
để nhận biết vị trí. Ở thực tế, đôi khi công tắc hành trình nam châm
được gọi là công tắc lưỡi gà.
Hình 2.40: Một
số sản phẩm thực tế của công tắc hành trình nam châm
-
Cấu tạo.
Cấu tạo của công tắc hành
trình nam châm được biểu diễn như hình vẽ.
a)
b)
Hình 2.41: a) Cấu tạo đơn giản của một công tắc hành trình nam
châm.
b) Các ký hiệu của công tắc
hành trình nam châm trên bản vẽ.
- Nguyên lý hoạt động.
Ở trạng thái bình thường, tiếp điểm của công tắc hành
trình nam châm sẽ mở ra. Khi di chuyển một nam châm vĩnh cửu đến gần công tắc
hành trình nam châm (với một khoảng cách nhất định) thì sẽ
làm cho tiếp điểm của công tắc hành
trình nam châm đóng lại. Và ngược
lại, nếu như di chuyển nam châm vĩnh cửu này đi ra xa thì tiếp điểm của công tắc
hành trình sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Hình 2.42: Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình nam châm.
a) Công tắc
hành trình nam châm lúc chưa tác động (trạng thái mở).
b) Công tắc
hành trình nam châm lúc đã tác động (trạng thái đóng).
Cảm biến này được lắp đặt trên các thân xy lanh khí
nén có pít tông từ trường để giới hạn hành trình của nó (hình 2.43).
a) Chưa cảm ứng b)
Đã cảm ứng
1. Nam châm vĩnh cửu
Hình 2.43 Cảm ứng từ trường trên piston
- Tác dụng.
Dùng để phát hiện các vật bằng kim loại, với
khoảng cách phát hiện nhỏ (có thể lên
đến 50mm).
- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
của cảm biến cảm ứng từ.
Nguyên
tắc hoạt động của cảm biến cảm ứng
từ (cảm biến điện cảm) được biểu
diễn như Hình 2.44. Bộ dao động sẽ phát ra rần số cao, và truyền tần số này qua cuộn cảm ứng để tạo ra vùng từ trường
phía trước. Đồng thời năng lượng từ bộ dao động cũng được gởi qua
bộ so sánh
để làm mẫu chuẩn. Khi không có vật
cảm biến nằm trong vùng
từ trường thì năng lượng nhận về từ cuộn dây so sánh sẽ bằng với
năng lượng bộ dao động gởi qua, như vậy
là không có tác động gì xảy ra. Khi có vật cảm biến bằng kim loại nằm rong vùng
từ trường của cảm biến, trong kim loại đó sẽ hình thành dòng điện xoáy. Khi vật
cảm biến càng gần vùng từ trường của cuộn cảm ứng thì dòng điện xoáy sẽ tăng
lên, đồng thời năng lượng phát trên cuộn cảm ứng sẽ càng giảm. Qua đó năng
lượng mà cuộn dây so sánh nhận được sẽ nhỏ hơn năng lượng mẫu chuẩn do bộ dao
động cung cấp. Sau khi qua bộ so sánh, tín hiệu sai lệch sẽ được khuếch đại và
dùng làm tín hiệu điều khiển ngõ ra.
a)
b)
Hình 2.44: a) Các ký hiệu của cảm biến
cảm ứng từ trên bản vẽ kỹ thuật.
b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm
biến cảm ứng từ.
Hình 2.45: Một số cảm biến cảm ứng từ trên thực tế.
- Các ứng dụng thường dùng cảm biến
cảm ứng từ.
Các cảm biến cảm ứng từ được gắn tại các điểm đầu và cuối hành trình
của các thiết bị chấp hành trong khí nén, máy như: máy ép, máy máy tiện,… để
nhận biết vị trí của bàn máy, bàn xe dao,…
Hình 2.46 Xác định vị trí hành trình piston
- Vật liệu của vật cảm biến.
Khoảng cách phát hiện của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu của
vật cảm biến. Các vật liệu có từ tính hoặc kim loại có chứa sắt sẽ có khoảng
cách phát hiện xa hơn các vật liệu không có từ tính hoặc không chứa sắt. Hình
2.45 giới thiệu đặc tuyến quan hệ giữa khoảng cách phát hiện và từ tính của vật
cho một số loại cảm biến cảm biến cảm ứng từ của Omron.
Hình 2.47: Đường đặc tuyến quan hệ giữa khoảng cách phát hiện và từ tính của
vật.
Với cùng một loại cảm biến, khoảng cách phát hiện sẽ thay đổi với những
vật cảm biến có tính chất vật liệu khác nhau. Hình 2.48 trình bày sự ảnh hưởng của tính chất vật liệu đến khoảng cách phát hiện.
Hình 2.48: Ảnh hưởng của vật liệu làm vật cảm biến đến
khoảng cách phát hiện.
- Tác
dụng.
Dùng để phát hiện các vật bằng kim loại và phi kim, với khoảng cách phát hiện
nhỏ (có thể lên đến 50mm).
- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung.
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung
được biểu diễn như Hình 2.49. Bộ dao
động sẽ phát ra rần số cao, và
truyền tần số này qua hai bản cực
hở để tạo ra vùng điện môi (vùng từ
trường) phía trước. Đồng thời năng lượng từ
bộ dao động cũng được gởi qua bộ so sánh để làm mẫu chuẩn. Khi không có vật cảm
biến nằm trong vùng từ trường thì năng lượng nhận về từ hai bản cực sẽ bằng với
năng lượng bộ dao động gởi qua, như vậy là không có tác động gì xảy ra. Khi có vật cảm biến bằng phi kim (giấy,
nhựa, gỗ,…) hoặc bằng kim loại nằm trong vùng điện môi của cảm biến, thì sẽ làm
cho điện dung của tụ điện bị thay đổi. Tức là năng lượng tiêu thụ trên tụ điện
tăng lên. Qua đó năng lượng gởi về bộ so sánh sẽ lớn hơn năng lượng mẫu chuẩn
do bộ dao động cung cấp. Sau khi qua bộ so sánh, tín hiệu sai lệch sẽ được
khuếch đại và dùng làm tín hiệu điều khiển ngõ ra.
a)
b)
Hình
2.49: a) Nguyên lý hoạt động của cảm biến
điện dung.
b) Các ký hiệu của cảm
biến điện dung trên bản vẽ kỹ thuật.
Hình 2.48: Một số cảm biến điện dung
trên thực tế.
- Ứng dụng cảm biến điện
dung để phát hiện đế giày cao su màu đen nằm trên băng tải di chuyển hình 2.50
a); hay kiểm tra số lượng sản phẩm được đóng gói
vào thùng giấy cát tông bằng cách phát hiện vật thể qua lớp vật liệu giấy hình
2.50 b).
a) 
b)
Hình
2.50 a) Phát hiện đế giầy cao su màu
đen
b) Kiểm tra đóng gói sản phẩm
- Cảm biến quang
loại thu phát độc lập
Cảm biến quang loại
thu phát độc lập (through beam) bao gồm
hai thành phần chính đó là bộ phận phát
và bộ phận thu (được trình bày như hình bên dưới).
Khi ánh sáng hồng
ngoại phát ra từ bộ phận phát, nó sẽ được truyền đi thẳng. Ánh sáng hồng ngoại
này luôn được mã hóa theo một tần số nhất định nào đó, và dĩ nhiên bộ phận thu
chỉ nhận biết được loại ánh sáng hồng ngoại đã được mã hóa theo tần số, với mục
đích tránh sự ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng xung quang.
Nếu chúng ta đặt bộ
phận thu nằm trên đường truyền thẳng của ánh sáng hồng ngoại này thì bộ phận
thu sẽ nhận được ánh sáng và tác động cho tín hiệu ở ngõ ra. Nếu có một vật đi
ngang qua làm ngắt đi ánh sáng truyền đến bộ phận thu, thì bộ phận thu sẽ không
thu được ánh sáng, như vậy bộ phận thu sẽ không tác động và không có tín hiệu ở
ngõ ra.
Hình 2.51: a) Cấu tạo và
nguyên lý hoạt động của cảm biến quang loại thu phát độc lập.
b) Các ký hiệu của tất cả
các cảm biến quang trên bản vẽ kỹ thuật.
- Khoảng cách phát hiện.
Đối với cảm
biến quang loại thu phát độc lập, khoảng cách cài đặt là khoảng cách tính từ bộ
phận phát đến bộ phận thu sao cho bộ phận thu có thể nhận được ánh sáng hồng
ngoại phát ra từ bộ phận phát. Do đó, có thể
nói khoảng cách phát hiện cũng
chính là khoảng cách cài đặt. Một
số cảm biến của hãng Omron có khoảng cách phát hiện lên đến 30m.
Hình 2.52: Khoảng cách cài đặt của cảm biến quang loại thu phát
độc lập.
-
Chế độ hoạt động
Dark-On và Light-On.
+ Chế độ hoạt động Dark-On.
Hình 2.53: Chế độ hoạt động Dark-On của cảm biến quang loại thu
phát độc lập.
+ Chế độ hoạt động Light-On.
Hình 2.54: Chế độ hoạt động Light-On của cảm biến quang loại
thu phát độc lập.
Hình 2.55 : Một số hình ảnh thực tế của cảm biến quang
loại thu phát độc lập.
-
Ứng dụng của cảm
biến quang loại thu phát độc lập.
Hình 2.56: Phát hiện mức sữa/nước trái cây bên trong hộp
3. Xy lanh, biểu diễn quá trình hoạt động bằng biểu đồ trạng thái và Sơ đồ chức năng của hệ thống
điều khiển điện khí nén.
- Mục tiêu:
Giới thiệu các loại xy lanh có nhiệm
vụ biến đổi năng lượng thế năng hay động năng của lưu chất thành năng lượng cơ
học – chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay( góc quay <3600).
Thông thường xy lanh được lắp
cố định, pít tông chuyển động. Một số trường hợp có thể pít tông cố định, xy
lanh chuyển động.
Piston bắt đầu chuyển động
khi lực tác động một trong hai phía của nó ( lực áp suất, lò xo hoặc cơ khí)
lớn hơn tổng các lực cản có hướng ngược lại chiều chuyển động ( lực ma sát, phụ
tải, lò xo, lực ì…).
Biểu diễn quá trình hoạt động
của hệ thống bằng biểu đồ trạng thái
a. Xy lanh tác dụng đơn
Áp lực tác động vào xy lanh
đơn chỉ ở một phía, phía ngược lại là do lò xo tác động hoặc là ngoại lực tác
động (hình 2.57).
‘
Hình 2.57 Xy lanh tác động đơn
b. Xy lanh màng
Xy lanh màng hoạt động như xy lanh
tác dụng đơn (hình 2.58).
Xy lanh màng có hành trình dịch
chuyển lớn nhất (hmax = 80) nên được dùng trong điều khiển, ví dụ trong công
nghiệp ô tô (điều khiển thắng, li hợp…), trong công nghiệp hóa chất (đóng mở
van).
Hình 2.58 Xy lanh màng
-
Xy lanh tác dụng
kép
Áp lực tác động vào xy lanh
kép theo hai phía (hình 2.59).
Hình 2.59 Xy lanh tác động
kép
Hình 2.61 Xy lanh
khí nén Hình
2.60 Hình cắt không
Có
trục dẫn hướng gian của xy lanh khí nén
-
Xy lanh quay
Xy lanh quay có khả năng tạo mômen quay rất lớn. Góc
quay phụ thuộc vào số cánh gạt của trục. Đối với xy lanh có một cánh gạt, góc
quay có thể đạt 270 – 2800(hình 2.62).
Hình 2.62 Xy
lanh quay khí
Hình 2.63 Kết cấu
xy lanh quay khí nén
Để làm thuận lợi cho việc mô tả quá trình hoặt động của hệ thống và thiết kế hệ thống
khí nén , người ta thường sử dụng các biểu đồ trạng thái của các phần tử, sơ đồ
chức năng, và lưu đồ hoạt động.
-
Các ký hiệu thường
dùng để mô tả các phần tử
Hình 2.64 Kí hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái
-
Biểu đồ trạng
thái của cơ cấu chấp hành
Biểu đồ trạng thái của cơ cấu chấp hành biểu diễn
trình tự hoạt động và vị trí của chúng theo thời gian hay tại các thời điểm
(trạng thái) của hệ thống (hình 2.65).
Hoạt động của mỗi cơ cấu chấp hành trong chu kỳ hoạt
động của hệ thống được biểu diễn bởi một dãy ô kề nhau; trong đó mỗi ô sẽ biểu
diễn một nhịp chuyển động của cơ cấu chấp hành đó. Như vậy, số ô này bằng với
tổng số nhịp hoạt động tuần tự trong một chu kỳ. trục thẳng đứng của mỗi ô biểu
diễn vị trí (chuyển động thẳng, góc quay….) và trục nằm ngang biểu diễn các
thời điểm hay trạng thái theo thời gian.
Các ký hiệu:
Quy ước về vị trí của Piston:
Hinh
2.65 Quy ước vị trí của piston
Quy ước về nhịp hoạt động của piston:
Piston A đang di chuyển từ vị trí 0 tới vị trí 1 (ký
hiệu A+) trong nhịp hoạt động thứ I của hệ thống (hình 2.67) được biểu diễn
băng một ô vuông biểu diễn vị trí đầu của piston, cạnh nằm ngang của ô vuông
biểu diễn thời điểm hay trạng thái của hệ thống (hình 2.68).
|
 
|
Hình 2.67 Piston A di chuyển từ vị trí 0 đến vị trí 1 khi
thục hiện nhịp hoạt động thứ nhất I của hệ thống.
|
Hình 2.68 Biểu diễn piston A di chuyển từ vị trí 0 đến 1 trong
quá trình hệ thống chuyển trạng thái 1 sang 2 trong nhịp hoạt động thứ I
Piston A đang
di chuyển từ vị trí 1 tới vị trí 0 (ký hiệu A-) trong nhịp hoạt động thứ I của
hệ thống (hình 2.69) được ký hiệu như trên hình 2.70.
|
 
|
Hình 2.70 Piston
A di chuyển vị trí 1 đến vị trí 0 khi thực hiện nhịp hoạt động thứ I của hệ
thống.
|
Hình 2.71 Biểu diễn piston A di chuyển từ vị trí 1 đến 0 trong
quá trình hệ thống chuyển trạng thái 1 sang 2 trong nhịp hoạt động thứ I
Piston A đang giữ nguyên vị trí 0 khi hệ thống chyển
từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 (hình 2.72) được ký hiệu như trên hình 2.73.
|
Hình 2.72 Piston A giữ nguyên vị trí 0
|
Hình 2.73 Biểu diễn piston A đang giư nguyên vị
trí 0 khi hệ thống chuyển từ trạng thái 1 sang 2.
Piston
A đang giữ nguyên vị trí 1 khi hệ thống chyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2
(hình 2.74) được ký hiệu như trên hình 2.75.
|
|
Hình 2.74 Piston A giữ nguyên vị trí 1.
|
Hình
2.75 Biểu diễn piston A đang giư
nguyên vị
trí 1 khi hệ thống chuyển từ trạng thái
1 sang 2.
Ví dụ: Một hệ thống hai xy lanh (piston) A và B (hình
2.75) có quá trình hoạt động như sau:
-
Nhịp hoạt động thứ
I: xy lanh A đi ra (A+) đưa vật thể M lên, B đứng yên.
-
Nhịp hoạt động thứ
II: xy lanh B đi ra (B+) đẩy vật thê M
vào băng tải C, A đúng yên.
-
Nhịp hoạt động thứ
III: xy lanh A lui về (A-) vị trí ban đầu, B đứng yên.
-
Nhịp hoạt động thứ
IV: xy lanh B lui về (B-) vị trí ban đầu, A đứng yên.
hình 2.76 Hệ thống khí nén 2 xy lanh A và B.
Biểu diễn biểu đồ trạng thái xy lanh A và B:
Vì hệ thống có 4 nhịp hoạt động lên mỗi xy lanh cần
dung 4 ô vuông như dưới đây:
Khi hệ thống thực hiện nhịp I, xy lanh A đi từ vị trí
0 đến vị trí 1 (A+) để đưa vật thể M đi lên, lúc đó B đứng yên: ta biểu diễn
như sau:
Lý luận tương tự đối với các nhịp II (B+), III (A-) và
IV (B-), ta có thể biểu diễn đồ thị trạng thái của hệ thống hai xy lanh A và B
với quá trình hoạt động trong ví dụ 10 như sau:
3.3Sơ
đồ chức năng của hệ thống điều khiển điện khí nén.
-
Phần tử nhận
tín hiệu: là nhận những giá trị
của đại lượng vật lý như đại lượng đầu vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều
khiển. Ví dụ: công tắc, nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến...
-
Phần tử sử lý
tín hiệu: xử lý tín hiệu nhận vào
theo một quy tắc logic xác định làm thay đổi trạng thái của các phần tử điều
khiển. Ví dụ: như van một chiều, van tiết lưu, van logic OR hoặc AND, bộ định
thời gian...
-
Phần tử điều
khiển: điều khiển dòng năng lượng
(lưu lượng) theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành. Ví dụ: như
van đảo chiều, ly hợp...
-
Cơ cấu chấp
hành: thay đổi trạng thái đối
tượng điều khiển, là đại lượng đầu ra của mạch điều khiển. Ví dụ: như xylanh,
động cơ khí nén...
BÀI TẬP VÀ CÂU HỎI THỰC HÀNH
Bài 2.1
Trắc nghiệm:
1) Van nào sau đây là van có vị trí không
2) Van điều
khiển hướng:
a. Van 4/2 c.
Van 5/2
b. Van
logic d. Cả a và c
3) Xilanh
tác dụng đơn là xi lanh:
a. Hành trình tiến tác động bằng khí chiều ngược lại
bằng lò xo hoặc ngoại lực hoặc ngoại lực chiều ngược lại bằng khí
b. Cả hai
bên tác động bằng khí
c. Hành trình tiến bằng lò xo
d. Cả a và
c
4) Van một
chiều làm nhiệm vụ:
a. Giảm áp
suất c. An toàn
b. Cho dòng
khi đi qua một chiều d. Cả a,b và c
5) cho hình
van sau:
Van trên là
van:
a. 2/2 c. 3/2
b. 4/3 d. 5/3
6) Ký hiệu từ van nối đến cơ cấu chấp hành được
ký hiệu:
a. Bằng các
số 2, 4, 6 hoặc A, B, C c. Cả a và b
b. Bằng các
số 3, 5, 7 hoặc R, X, T d. Bằng số 1 hoặc P
7) Xilanh
tác dụng kép là xilanh:
a. Hành
trình tiến tác động bằng khí chiều ngược lại bằng lò xo hoặc ngoại lực
c. Hành
trình tiến bằng lò xo hoặc ngoại lực chiều ngược lại bằng khí
b. Cả hai
bên tác động bằng khí
d. Một bên bằng
ngoại lực một bên bằng khí
8) Cho một
mạch như điện và khí nén như hình vẽ. Nếu nhận Stop xilanh ở vị trí nào:
a. Vị trí
đầu
b. Vị trí
cuối
c. Đứng yên
vị trí trước khi mất điện
9) Cho van
tiết lưu như hình vẽ và nếu van đã bị khóa 100 % . Vậy dòng khí:
a. Được lưu
thông từ trái qua phải c. Không được lưu thông
b. Được lưu
thông từ phải qua trái d.
Trường hợp khác
10) Cho một
hệ thống A dùng các xilanh kép có các
nút điều khiển Start, Stop, Reset. Nút Stop có nhiệm vụ dừng ngay hệ thống
tại vị trí. Vậy hệ thống dùng van nào?
a. 2/2 c.
4/3
b. 5/3 d.
Cả b và c
2.2 Câu hỏi hiểu bài:
a) Trình bày nguyên
lý cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất?
b) Các yêu cầu cơ bản của hệ thống khí nén?
c ) So sánh hai nguyên lý hoạt động của máy nén khí
(nguyên lý thay đổi thể tích và nguyên lý động năng)
2.3 Câu hỏi hiểu bài:
a) Trình bày nguyên lý cấu tạo nguyên lý hoạt động của
van an toàn? Vẽ sơ đồ mạch và giải thích?
b) Lấy ví dụ, vẽ sơ đồ mạch hệ thống sử dụng van một
chiều.
c)Vẽ sơ đồ mạch có sử dụng van tiết lưu đường ra và đường
vào.
2.4 Cho cơ
cấu máy ép như hình vẽ:
|
|
1.
Trong cơ cấu
máy bên chúng ta phải chọn loại cảm biến nào sao cho khoảng cách khuân trên
và khuân dưới phù hợp là 50mm?
2.
Phát biểu
nguyên lý hoạt động mạch điều khiển và động lực sau.
3.
Kiểu kết nối cảm
biến kiểu NPN hay PNP?
|
|
|
2.5 Cho một
piston A và 3 công tắc khí nén như hình vẽ:
Hãy thiết kế mạch khí nén điều khiển xy lanh A theo
yêu cầu sau:
-
3 công tác không
bị tác động, piston A ở vị trí 0.
-
1 trong 3 công tắc
bị tác động, piston A ở vị trí 1.
-
2 trong 3 công tắc
bị tác động, piston A ở vị trí 0.
-
3 công tác bị tác
động, piston A ở vị trí 1.
Xây dựng biểu đồ
trạng thái:
2.6 Hãy biểu diễn biểu đồ trạng thái của hệ thống hai
xy lanh A và B hoạt động theo yêu cầu sau:
+ Nhịp hoạt động thứ I: xy lanh A đi ra (A+), B đứng
yên.
+ Nhịp hoạt động thứ II: xy lanh B đi ra (B+), A đứng
yên.
+ Nhịp hoạt động thứ III: xy lanh B lui về (B-) vị trí
ban đầu, A đứng yên.
+ Nhịp hoạt động thứ IV: xy lanh A lui về (A-) vị trí
ban đầu, B đứng yên.
TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Bài tập 1:
|
|
1.
Trong cơ cấu
máy bên chúng ta phải chọn loại cảm biến nào sao cho khoảng cách khuân trên
và khuân dưới phù hợp là 50mm?
2.
Phát biểu
nguyên lý hoạt động mạch điều khiển và động lực sau.
3.
Kiểu kết nối cảm
biến kiểu NPN hay PNP?
|
|
|
Gợi ý:
- Dựa vào chất liệu ta chọn cảm biến
- Khoảng cách khuân
trên và khuân dưới phù hợp là 50 mm thì ta nên sử dụng loại cảm biến nào
- Chọn xylanh ép cho
cơ cấu máy
- Chọn cơ cấu van
nào điều khiển xylanh
- Biểu diễn
nguyên lý hoạt động bằng biểu đồ trạng thái