Xem mẫu
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Công tắc hành trình hai chiều
Công tắc hành trình một chiều
Hình 2.55
Chương 3 CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN
3.1. Phương pháp mô tả bài toán điều khiển
Trong lĩnh vực thiết kế hệ thống điều khiển nói chung và trong lĩnh vực thiết kế
hệ thống khí nén, thủy lực nói riêng- mô tả bài toán điều khiển là việc xác định rõ đối
tượng điều khiển, nhiệm vụ điều khiển, các thông số cần điều khiển, các điều kiện ràng buộc…
Để mô tả bài toán điều khiển, người ta thường dùng những thuật ngữ, những
ký hiệu, quy ước thể hiện dưới dạng sơ đồ khối, biểu đồ, lưu đồ thuật toán, lưu đồ tiến
trình… Trong kỹ thuật điều khiển hệ thống khí nén, thủy lực, việc mô tả bài toán điều
khiển thường hay dùng Biểu đồ hành trình bước , Sơ đồ chức năng hay Lưu đồ tiến trình.
Tùy theo yêu cầu mô tả bài toán điều khiển, người ta có thể sử dụng các dạng biểu
đồ sau:
- Biểu đồ chuyển động ( Motion diagram), trên hình 3.1 biểu diễn sơ đồ công nghệ
một khâu vận chuyển sản phẩm và biểu đồ chuyển động của cơ cấu chấp hành. Biểu
đồ này chỉ mang thông tin về hành trình bước của các xilanh.
Hình 3.1 Mô tả biểu đồ chuyển động
26
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Biểu đồ chuyển động còn được mô tả thật ngắn gọn bằng dãy ký hiệu:
1A+ 2A+ 1A- 2A-
Đọc theo thứ tự từ trái qua phải là :
bước 1 piston 1A đi lên( up),
bước 2 2A đi ra (advance),
bước 3 1A đi xuống (down),
bước 4 2A đi về (return)
- Biểu đồ hành trình thời gian
( Displacement - time Diagram)
Biểu đồ hình 3.2 ( vẫn cho ví dụ trên), ngoài
thông tin về hành trình còn biểu diễn
Hình 3.2 mô tả biểu đồ hành
thời gian thực hiện các bước.
trình thời gian
- Biểu đồ điều khiển (Control chart)
Hình 3.3 trình bày một biểu đồ điều khiển mô tả trạng thái đóng mở của một số
phần tử điều khiển (van 1V cho 1A, 2V cho 2A) và phần tử đưa tín hiệu ( công tắc hành
trình 1S1) để thực hiện các bước hành trình nêu trên.
Hình 3.3 Biểu đồ điều khiển
- Biểu đồ chức năng (Function diagram)
Nếu tích hợp biểu đồ chuyển động (hình 3.1) hoặc biểu đồ hành trình thời gian (hình
3.2) với biểu đồ điều khiển (hình 3.3 ) ta sẽ có một biểu đồ chức năng. Ví dụ biểu đồ
(hình 3.4) mô tả tích hợp các thông tin về chuyển động theo hành trình bước của các
cơ cấu chấp hành dưới tác động điều khiển của các phần tử điều khiển cần thiết.
Trong hình 3.4 quy ước kí hiệu hành trình của
các cơ cấu chấp hành:
- Số (1) là điểm cuối của hành trình đi ra
- Số (0) là điểm cuối của hành trình thu về
và trạng thái đóng mở của các phần tử điều khiển:
- Số (1) là trạng thái mở, cung cấp khí nén
- Số (0) là trạng thái khóa, ngắt nguồn khí nén
Hình 3.4
27
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
- Biểu đồ hành trình bước (Displacement- Step diagram)
Các dạng biểu đồ vừa được mô tả trên đây rất có ý nghĩa cho việc phân tích bài toán
điều khiển một cách chi tiết cho từng phần tử. Tuy nhiên, để đơn giản, phù hợp đối với
bài toán điều khiển không quá phức tạp, người ta sử dụng biểu đồ hành trình bước.
Biểu đồ hành trình bước biểu diễn trình tự hoạt động của các phần tử chấp
hành trong hệ thống, mối quan hệ giữa các bước theo trình tự thông qua các tín hiệu
điều khiển.
Ví dụ về biểu đồ này được mô tả trên hình 3.5. Biểu đồ mô tả khá đầy đủ các thông tin
cần thiết nhất cho thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống khí nén:
-Hành trình chuyển động của các phần tử chấp hành;
- Các phần tử đưa tín hiệu – giao tiếp
người-hệ thống, giao tiếp hệ thống – hệ
thống và các mối quan hệ của các tín hiệu
điều khiển.
- Nguồn và chiều tác động của
các tín hiệu điều khiển.
Hình 3.5 Biểu đồ hành trình bước
Tuy nhiên, khi cần mô tả bài toán điều khiển chi tiết, đầy đủ hơn nữa, như việc biểu diễn
trạng thái của các phần tử điều khiển, các phần tử đưa tín hiệu hoặc cần biểu diễn cụ thể
thời gian của từng bước hành trình… chúng ta cần kết hợp tất các các dạng biểu đồ trên.
Tập đoàn FESTO hỗ trợ vẽ các biểu đồ cũng như mạch hệ thống khí nén bằng
phần mềm FluidDRAW4.
* Một số ký hiệu chức năng các phần tử điều khiển (Theo tiêu chuẩn VDI 3260- CHLB
Đức) :
Tác động của cảm biến áp suất P
6bar
t
Tác động của phần tử thời gian
5s
Liên kết AND của hai tín hiệu
Liên kết OR của hai tín hiệu
Các tín hiệu rẽ nhánh
Tín hiệu từ các phần tử đưa tín hiệu
28
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Ví dụ 1: Thiết bị ép dán Plastic, công nghệ (Hình 3.6) và biểu đồ hành trình bước ( hình 3.7)
- Bàn ép đựơc truyền động lên xuống bằng Xilanh 1A
- Thời gian ép được đặt theo yêu cầu, ví dụ 5s và
được tính từ thời điểm bàn ép tác động lên công tắc hành trình (1S2).
- Chu trình mới được bắt đầu bằng việc nhấn nút ấn (1S3)
và kèm theo điều kiện bàn ép đã rút về vị trí cuối cùng
(1S1 được tác động).
5s
Hình 3.7. Biểu đồ hành trình bước
Hình 3.6 Mô tả công nghệ
Sơ đồ hệ thống được thiết kế cho ví dụ 1 ( hình 3.8)
Hình 3.8 Sơ đồ hệ thống được thiết kế cho ví dụ 1
Ví dụ 2: Từ sơ đồ mô tả công nghệ (hình 3.9), thiết lập biểu đồ hành trình bước(hình 3.10)
Giả thiết, thông qua các cơ cấu phụ trợ (không thể hiện trên sơ đồ) có thể lắp đặt được
các công tắc hành trình vào các vị trí cần thiết, có thể thiết lập được biểu đồ trạng thái:
Hình 3.9 Mô tả công nghệ
Hình 3.10 Biểu đồ hành trình bước
29
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
3.2. Các cấu trúc mạch điều khiển hoàn toàn bằng khí nén điển hình
3.2.1 Điều khiển trực tiếp
Bằng các thiết bị đóng mở trực tiếp cung cấp nguồn khí nén cho Xi lanh hoặc Motor.
Ví dụ: Một khâu của thiết bị phân loại và vận chuyển sản phẩm (hình 3.11), giả thiết có
nhu cầu điều khiển trực tiếp, sơ đồ khí nén và mô tả hoạt động như trên hình 3.12
Hình 3.11
Hình 3.12 Điều khiển trực tiếp XL tác dụng kép
3.2.2 Điều khiển gián tiếp
Sử dụng van điều khiển đảo chiều làm trung gian.
Hình 3.13 mô tả mạch điều khiển gián tiếp Xilanh đơn
Hình 3.13
3.2.3 Điều khiển tuần tự theo hành trình
Quá trình điều khiển diễn ra tuần tự theo từng bước tuân thủ theo yêu cầu công nghệ.
Ví dụ1: Điều khiển một Xilanh
Giả thiết một hệ thống khí nén có sơ đồ
hành trình bước cho trên hình 3.14, thêm
yêu cầu về thời gian (t1>t2), tải trọng
không đổi. Hệ thống khí nén được thiết kế
như hình 3.15
t1 t2
Hình 3.16 Sơ đồ hệ thống
Hình 3.15 Biểu đồ hành trình bước
30
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Ví dụ 2: Điều khiển hai xilanh
Hình 3.17 biểu diễn công nghệ và biểu đồ hành trình bước của một khâu đóng
gói sản phẩm.
Mô tả công nghệ
Biểu đồ hành trình bước
Hình 3.17
Hai phương án thiết kế hệ thống khí nén (hình 3.18), thực tế 1A và 2A không thể rút về
đồng thời mà 2A chỉ rút về được khi 1A về trước một khoảng đủ để thả tự do cho 1S2.
Hình 3.18
Ví dụ 3 Điều khiển hai Xilanh. Sơ đồ công nghệ và biểu đồ hành trình bước (hình
3.19):
Thiết bị khoan chi tiết Biểu đồ hành trình bước
Hình 3.19
31
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Hình:3.20 Sơ đồ hệ thống khí nén thiết bị khoan chi tiết
Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống được thiết kế như trên hình 3.20
Để loại trừ khả năng trùng tín hiệu điều khiển, ta đã dùng công tắc hành trình (1S2,
2S1) tác động một chiều.
3.2.4 Điều khiển tuần tự theo thời gian
Vì tốc độ truyền động bằng khí nén luôn phụ thuộc vào tải trọng nên trong các
hệ thống điều khiển đơn giản, việc điều khiển theo thời gian thường chỉ được áp dụng
vào các điểm dừng của cơ cấu chấp hành.
Ví dụ 1: Điều khiển một xilanh có yêu cầu cho theo
biểu đồ hành trình bước trên hình 3.21
Sơ đồ hệ thống khí nén được mô tả trên hình 3.22
Hình 3.21 Biểu đồ hành trình bước
Hình 3.22 Sơ đồ hệ thống khí nén
3.2.5 Điều khiển tuần tự theo áp suất
Điều khiển tuần tự theo áp suất là sử dụng tín hiệu giám sát áp suất ( thực tế có thể là
lực kẹp, lực đẩy, kéo…) để điều khiển những bước tiếp theo, trong hệ thống này
32
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
thường sử dụng van tuần tự áp suất. Hình 3.23a trình bày biểu đồ hành trình bước điều
khiển một xilanh theo tuần tự áp suất.
Để nâng cao độ chính xác của quá trình điều khiển, khi giám sát bằng van áp suất,
người ta thường dùng thêm van điều chỉnh áp suất. Hình 3.23b là sơ đồ hệ thống điều
khiển bằng khí nén.
6bar
P
0 1 3=1
1S4 2
1
0
Biểu đồ hành trình bước
Hình 3.23a
Sơ đồ hệ thống khí nén điều khiển theo áp suất
Hình 3.23b
3.2.6 Điều khiển theo cấu trúc tầng
Xây dựng cấu trúc điều khiển theo tầng thực chất là phân chia chu trình điều khiển
gồm nhiều bước thành các tầng riêng rẽ (bao gồm một hay một số bước), như vậy có
thể làm minh bạch hệ thống điều khiển, khắc phục hiện tượng trùng tín hiệu trong
điều khiển. Không cần thiết phải sử dụng công tắc hành trình một chiều.
Chia tầng là bước quan trọng nhất, nó quyết định cấu trúc của mạch hệ thống sẽ được thiết kế .
Phương pháp chia tầng:
a) Chia tầng trực tiếp trên biểu đồ hành trình bước:
Nguyên tắc là chọn một hay một số bước liên tiếp của biểu đồ hành trình bước
lập thành một nhóm (gọi là tầng) mà trong tầng mỗi phần tử chấp hành chỉ thực hiện
một hành trình (0 1 hoặc ngược lại 1 0).
Ví dụ: Trên hình 3.24a biểu diễn biểu đồ
hành trình bước của một hệ thống 2 xilanh.
Theo định nghĩa trên, ta chia thành 2 tầng:
Tầng I gồm 3 bước ( 1-2-3); tầng II gồm
3 bước (3-4 -5). Ở mỗi tầng, mỗi xilanh chỉ
thực hiện một hành trình.
Hình 3.24a
33
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
b) Chia tầng theo chu trình kín:
Cơ sở của phương pháp chia này là coi một chu trình điều khiển là một chu trình kín.
Biểu đồ hành trình bước chính là hình khai triển theo nhát cắt qua bước thứ nhất. Bây
giờ ta biểu diễn chu trình kín bằng một vòng tròn. Các bước thực hiện chia tầng (xem
hình 2.24b):
- Chia vòng tròn đó thành n phần bằng nhau, với n là số các hành trình của tất
các cơ cấu chấp hành ( n là số chẵn – mỗi cơ cấu chấp hành có hai hành trình).
- Theo một chiều tùy chọn, đặt liên tiếp các hành trình theo luật điều khiển tuần
tự mà bài toán điều khiển yêu cầu ( nghiên cứu từ mô tả công nghệ hoặc biểu đồ
hành trình bước).
- Chọn điểm khởi đầu để chia tầng sao cho số tầng là ít nhất. Chẳng hạn, nếu
chọn điểm khởi đầu từ bước 2 ( 1A-) theo chiều kim đồng hồ, ta có 2 tầng. Tuy nhiên
nếu chọn từ bước 1 ( 1A+), ta có 3 tầng. và số tầng nhiều hơn sẽ khiến mạch điều
khiển phức tạp và chi phí tốn kém hơn.
Hình 3.24b
Thiết kế hệ thống điều khiển theo tầng khí nén.
Các nguyên tắc chung:
- Trong hệ thống điều khiển theo tầng, mỗi tầng đã được phân chia như trên
được xem như là một nguồn tín hiệu điều khiển( ở đây là nguồn khí nén dành cho điều
khiển, ở phần sau chúng ta có tầng điện). Như vậy, ở mỗi thời điểm chỉ có một tầng
duy nhất hoạt động, nói cách khác chỉ có một nguồn khí nén điều khiển duy nhất cho
mỗi thời điểm.
- Tại vạch phân chia tầng phải có phần tử đưa tín hiệu cung cấp tín hiệu chuyển
tầng (hay thiết lập tầng) , ký hiệu là E1 thiết lập tầng I; E2 –tầng II ;…
Số tín hiệu chuyển tầng bằng số tầng.
- Chuyển đổi khí nén cho các tầng gọi là van chuyển tầng, các van chuyển tầng nhất
thiết phải là các van có nhớ 4/2 hoặc 5/2, số lượng cần dùng n-1 van, với n = số tầng.
- Trình tự chuyển tầng phải tuân theo yêu cầu công nghệ, tức tuân theo biểu đồ
hành trình bước. Để đảm bảo điều đó thì khí nén của một tầng đang tồn tại sẽ được
dùng để điều khiển chuyển tầng cho tầng kế tiếp ngay sau đó thông qua các phần tử
phát tín hiệu chuyển tầng.
Hình 3.25a,b và c trình bày một số sơ đồ nguyên lý của mạch chuyển đổi tầng điều
khiển bằng khí nén.
34
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Hình 3.25a Các mạch chuyển đổi 2, 3 tầng
Hình 3.25b Mạch chuyển đổi 4 tầng
Hình 3.25c Mạch chuyển đổi n tầng
35
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Ví dụ ứng dụng :
1. Điều khiển tự động theo hành trình
một Xilanh tác dụng kép là mạch điều
khiển hai tầng.
Hình 3.26 trình bày biểu đồ hành trình bước
Hình 3.26 Biểu đồ hành trình bước
Số tầng n=2; số van chuyển
tầng bằng 1 (van 1V0- 4/2 xung);
số tín hiệu chuyển tầng bằng 2:
( 1S0 ∧ 1S1) và (1S2)
Van đảo chiều 1V1
Hình 3.27
Hình 3.27 mô tả sơ đồ hệ thống khí nén có cấu trúc 2 tầng điều khiển xilanh nêu trên
với yêu cầu hành trình đi ra có điều chỉnh tốc độ (dùng van tiết lưu 1V3); hành trình đi
về nhanh nhất có thể ( dùng van xả nhanh 1V2).
2. Thiết bị gá kẹp và khoan chi tiết
Hình 3.29
Hình 3.28 Sơ đồ công nghệ gia công khoan
Hình 3.29 mô tả biểu đồ hành trình bước và 2 tầng điều khiển cho thiết bị khoan
Hình 3.30 biểu diễn sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển bằng khí nén thiết kế theo
tầng cho thiết bị khoan.
36
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Hình 3.30
3.2.7 Điều khiển theo cấu trúc nhịp
Các phương pháp điều khiển đã trình bày có đặc điểm là, khi thay đổi quy trình công
nghệ hay yêu cầu đặt ra, đòi hỏi phải thiết kế lại mạch điều khiển. Như vậy sẽ mất
nhiều thời gian và công sức. Phương pháp điều khiển theo nhịp khắc phục được nhược
điểm trên.
Nguyên tắc điều khiển theo nhịp là các bước thực hiện lện xảy ra tuần tự. Nghĩa là
các lệnh trong một nhịp thực hiện xong, thì một mặt thông báo ( chuẩn bị điều kiện)
cho nhịp kế sau, mặt khác xóa lệnh nhịp thực hiện trước đó.
1. Các Module nhịp
Để thực hiện điều khiển theo nhịp, người ta chế tạo các Module điều khiển cứng, gồm 3
phần tử: AND ( hoặc mạch theo hàm AND); Phần tử nhớ ( thường là một van 3/2; 4/2
hoặc 5/2 xung); và một phần tử OR như hình vẽ (hình 3.31)
Trong hệ thống điều khiển tuần tự, người ta thường sử dụng một số kiểu Module
nhịp đáp ứng các vai trò khác nhau.
1. Module kiểu A (hình 3.31), có thể được sử dụng cho tất cả các nhịp từ đầu
chu trình đến nhịp trước cuối ( trừ nhịp cuối cùng)
Nguyên lí làm việc:
Xét cho một module kiểu A ở nhịp thứ n, khi nhận được tín hiệu thiết lập Yn ( có thể là
lệnh vận hành hay lệnh điều khiển tuần tự), theo nguyên lý I-P-O ( Input – Processing
– Output) thực hiện bởi van 3/2 xung và sẽ có tín hiệu ra An.
Tín hiệu ra An được sử dụng với ba chức năng đồng thời:
+) Điều khiển các phần tử ngoại vi ( ví dụ van đảo chiều).
+) Xóa nhịp trước đó (Zn-1).
Module A có thể đượ c xóa bằng một trong hai nguồn lệnh, lựa chọn bằng cổng OR
( van 1V1): lệnh Z hoặc lệnh vận hành L ( đặt lại) – thiết lập trạng thái ban đầu cho
van xung 3/2 (1V2).
+) Sẵn sàng khởi tạo ( set) cho nhịp kế tiếp khi có lệnh Xn ( trong mối liên kết
AND của van 1V2 và van 1V3) . Xn có thể là lệnh vận hành( người – hệ thống) hay các
tín hiệu giám sát trong hệ thống.
37
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
A1 A2
Z1 ...
S R S R
Yn: Tín hiệu thiết lập (SET)
Y1 ...
Y2
Yn+1: Tín hiệu chuẩn bị thiết lập cho nhịp thứ n+1
Zn-1: Tín hiệu xoá (RESET) cho nhịp thứ n-1
≥1 &
Zn+1: Tín hiệu xoá (RESET) đến từ nhịp thứ n+1
P: áp suất nguồn
L: Tín hiệu đặt lại
L X
A: Tín hiệu điều khiển gửi ra
Mạch logic mô tả 2 module kiểu A liên tiếp
Hình 3.31 Nguyên lý Module nhịp kiểu A
2. Module nhịp kiểu B
Hình 3.32 mô tả cấu trúc một module nhịp Kiểu B. Nó được đặt ở vị trí cuối cùng
trong chuỗi các Module nhịp nối tiếp, ngược với kiểu A, kiểu B có phần tử
OR ghép tín hiệu thiết lập: Yn và tín hiệu đặt lại: L . Khi có tín hiệu đặt lại L thì toàn bộ
các Module của chuỗi điều khiển(trừ khối cuối cùng - kiểu B) sẽ trở về vị trí ban đầu.
Như vậy Module kiểu B có chức năng như là điều kiện để chuẩn bị khởi động của cả hệ
thống.
3. Module kiểu C (hình 3.33)
Module kiểu C không có phần tử nhớ, và
như vậy không cần xóa hay đặt lại.Nó có
vai trò như là phần tử truyền đạt tín hiệu
ở cổng X, khi tìn hiệu ở cổng này còn tiếp
tục tồn tại từ nhịp trước đó.
Hình 3.32 Module nhịp kiểu B
Hình 3.33
38
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Ví dụ ứng dụng:
Thiết kế hệ điều khiển bằng khí nén theo nhịp cho yêu cầu nêu trong biểu đồ hành
trình bước (hình 3.34a). Một phương án thiết kế được thể hiện trên sơ đồ (hình 3.34b )
Hình 3.34a
Hình 3.34b Sơ đồ hệ thống khí nén điều khiển sử dụng các Module nhịp
39
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Từ ví dụ trên đây, có thể biểu diễn chuỗi điều khiển theo nhịp bằng một sơ đồ đơn
giản hóa sau đây (hình 3.35): Chuỗi nhịp gồm có 4 khối, đường nét đứt còn có ý định
thể hiện trong đó các điều kiện và các phần tử cần thiết cho việc khởi động một chu
trình mới.
Hình 3.35
Và để thuận lợi cho thiết kế, đối với hệ điều khiển theo các khối nhịp, người ta còn lập
bảng quy trình thực hiện cho các nhịp cũng xuất phát từ biểu đồ hành trình bước. Bảng
3.1 là quy trình thực hiện cho các nhịp của ví dụ trên.
Bảng 3.1
Nhịp thực hiện 1 2 3 4
Piston A+ A- A+ A-
Vị trí hành trình 1S2 1S1 1S2 1S1
2. Các mạch điểu khiển theo nhịp điển hình
Mạch điều khiển theo nhịp trình bày trên hình 3.35 được thiết kế theo biểu đồ
hành trình bước theo quy trình tuần tự. Ứng dụng các module nhịp trong điều khiển
tuần tự là ứng dụng cơ bản nhất.
Tuy nhiên trong thực tế do những yêu cầu công nghệ khác nhau đòi hỏi thiết kế
các mạch điều khiển khác nhau trên cơ sở các Module nhịp có sẵn:
- Mạch điều khiển theo nhịp với chu kỳ thực hiện nhảy cóc
- Mạch điều khiển theo nhịp với chu kỳ thực hiện lặp lại
- Mạch điều khiển theo nhịp với chu kỳ thực hiện đồng thời
- Mạch điều khiển theo nhịp với chu kỳ thực hiện tuần tự
Mạch điều khiển theo nhịp với chu kỳ thực hiện nhảy cóc
Giả sử một hệ thống có 4 xilanh làm việc theo yêu cầu điều khiển được biểu diễn
đơn giản bằng bảng quy trình thực hiện nhịp ( bảng 3.2) và sơ đồ hệ thống được trình
bày trên hình 3.36
Bảng 3.2
40
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Cấu trúc của hệ điều khiển gồm:
Hình 3.36
Sơ đồ sử dụng:
- 7 khối nhịp ( 6 khối kiểu A, 1 khối kiểu B đặt cuối cùng) làm cơ sở
- Các van từ 1V1 đến 1V6 phục vụ các phương thức điều khiển khác nhau
- Cấu trúc điều khiển cho phép thực hiện hai chương trình điều khiển bằng cách
chọn trạng thái tác động của khóa 1V1 :
+ Khóa 1V1 mở (Van mở) : Hệ thống sẽ thực hiện điều khiển tuần tự từ
bước 1 đến bước 7.
+ Khóa 1V1 khóa ( van đóng): Hệ thống sẽ thực hiện điều khiển bước 1,
bước 2, bỏ qua các bước 3,4,5,6 thực hiện nháy cóc đến bước 7.
- Khối điều kiện khởi động có thể gồm:
+ Điều khiển bằng tay- hệ thống sẽ làm việc tự động một chu trình
+ Điều khiển tự động - hệ thống sẽ làm việc tự động liên tục nhiều chu
trình hoặc sau khi kết thúc mỗi chu trình có trễ một khoảng thời gian theo yêu cầu
công nghệ.
41
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Mạch điều khiển theo nhịp với chu kỳ thực hiện lặp lại
Cũng xét hệ thống có 4 xilanh như trên, làm việc theo yêu cầu điều khiển được
biểu diễn đơn giản bằng bảng quy trình thực hiện nhịp ( bảng 3.3) và sơ đồ hệ thống
cho trên hình 3.37
Bảng 3.3
Hình 3.37
Cấu trúc của hệ điều khiển hình 3.37 gồm:
- 7 khối nhịp ( 6 khối kiểu A, 1 khối kiểu B đặt cuối cùng) làm cơ sở
- Các van từ 1V1 đến 1V6 phục vụ các phương thức điều khiển khác nhau
- Cấu trúc điều khiển cho phép thực hiện hai chương trình điều khiển bằng cách
chọn trạng thái tác động của khóa 1V1 :
+ Khóa 1V1 khóa (Van đóng) : Hệ thống sẽ thực hiện điều khiển tuần tự
từ bước 1 đến bước 7.
+ Khóa 1V1 mở ( van mở): Hệ thống sẽ thực hiện điều khiển từ bước 1
đến bước 6 rồi lặp lại các bước từ 3 đến 6 liên tục cho đến khi khóa 1V1.
42
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
3.2.8 Các bài tập công nghệ điều khiển bằng khí nén
Bài tập1:
1. Điều khiển trực tiếp Xilanh tác dụng đơn khi cần:
+ Điều chỉnh tốc độ khi Piston đi ra; lùi về bình thường
+ Hoặc điều chỉnh tốc độ khi Piston đi ra; lùi về nhanh nhất có thể (dùng
van xả nhanh)
2. Dùng công tắc 5/2 với Xilanh tác dụng kép có điều chỉnh tốc độ khác nhau
cho cần Piston khi đi ra, đi về.
Bài tập 2:
1. Điều khiển Xilanh kép bằng van 5/2 đk khí nén một phía, phải đk bằng hai vị trí
đồng thời (dùng hoặc không dùng phần tử AND ).
2. Điều khiển một Xilanh kép bằng van đk khí nén
một phía, có thể điều khiển ở hai nơi
3. Sử dụng mạch tự giữ (tự duy trì) điều khiển gián tiếp Xilanh bằng van điều
khiển một phía, so sánh với mạch dùng van có nhớ.
Bài tập 3:
1. Điều khiển theo hành trình, có nút điều
khiển Piston lùi về khẩn cấp.
Biểu đồ hành trình bước (hình 3.38)
Hình 3.38
2. Điều khiển theo hành trình, điều khiển từng
bước.Biểu đồ hành trình bước (hình 3.39)
Hình 3.39
Bài tập 4: Một thiết bị khuấy nguyên liệu sử dụng Motor khí nén dạng xuay (góc quay
0-270o) được mô tả bằng biểu đồ hành trình bước ( hình 3.40)
Hoàn thiện sơ đồ hệ thống khí nén (hình 3.41)
5s
t1
0 1 3=1
1 V3 50%
1S4 2
1S2
1M 1
Motor M
1 V2 50%
0 1S1
1 V1 4 2
10s
t2
Hình 3.41
5 3
1
Hình 3.40
43
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
Bài tập 5:
Một thiết bị lắp ráp chi tiết có biểu đồ hành trình bước
như hình vẽ (hình 3.42).
Thiết kế hệ thống khí nén, tùy ý chọn áp suất và
thời gian.
Yêu cầu: Hành trình thực hiện lắp chi tiết có
lựa chọn đựơc tốc độ. Hành trình rút về có tốc độ
được tăng cường tối đa.
Hình 3.42
Các bài tập nâng cao
1. Điều khiển Xilanh tác dụng đơn hoặc kép với mạch tự giữ khi sử dụng van đảo chiều 3/2
hoặc 4/2 hay 5/2 điều khiển bằng khí nén một phía:
Hệ điều kiện điều khiển:
- Bằng sự tác động nút ấn 1S1, hành trình đi ra của
piston được duy trì. Bằng nút ấn 1S2, có thể đưa piston
về từ bất kỳ vị trí nào trên hành trình đi ra ( ví dụ tình
huống có sự cố)
- Hành trình đi ra có điều chỉnh tốc độ. Hành trình
đi về cần rút về nhanh nhất có thể.
* Thiết kế hệ thống điều khiển bằng khí nén. Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ
đồ:
Phần tử Chú giải
2. Với dữ kiện cho trong bài 1, hãy thiết kế theo cấu trúc tầng và cấu trúc nhịp. Nhận xét về
khả năng tự duy trì. Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ:
Phần tử Chú giải
3. Điều khiển hệ thống bằng khí nén với cylinder tác dụng đơn hoặc kép nâng tải trọng m
Hệ điều kiện điều khiển: 1S3 -
- Bằng sự tác động nút ấn 1S1, hành trình đi ra của piston được duy trì.
- Bằng nút ấn 1S2, có thể dừng piston ở bất kỳ vị trí nào trên
hành trình đi ra ( chú ý tải của piston có thể khiến cho piston tự lùi về). m
Nếu muốn tiếp tục đưa piston đi ra- lại ấn 1S1.
Đến vị trí đặt cảm biến hành trình 1S4, piston tự rút về và chuẩn bị cho chu
trình mới.
- Hành trình đi ra và đi về đều có điều chỉnh tốc độ.
Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ:
Phần tử Chú giải
44
- Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS. Nguyễn Phúc Đáo
4. Điều khiển một cylinder có biểu đồ bước như hình vẽ
Hệ điều kiện: Như cho trên biểu đồ
Yêu cầu :
Hành trình đi ra và đi về đều có điều chỉnh tốc độ.
Thời gian trễ tuỳ ý lựa chọn
- Nhiệm vụ:
* Chọn phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển bằng khí nén theo tầng
Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ:
Phần tử Chú giải
5. Điều khiển một cylinder có biểu đồ bước như hình vẽ
Hệ điều kiện: Như cho trên biểu đồ
Yêu cầu công nghệ:
Hành trình đi ra và đi về đều có điều chỉnh tốc độ.
Thời gian đặt tuỳ ý lựa chọn
Nhiệm vụ:
* Chọn phương pháp thiết kế hệ thống điều
khiển bằng khí nén theo nhịp
Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ:
Phần tử Chú giải
6. Điều khiển một cylinder có biểu đồ trạng thái như hình vẽ
Hệ điều kiện: Như cho trên biểu đồ
Yêu cầu công nghệ:
Hành trình đi ra bình thườngvà đi về cần có tốc độ nhanh nhất.
Thời gian và áp suất đặt tuỳ ý lựa chọn
Nhiệm vụ:
* Thiết kế hệ thống điều khiển bằng khí nén theo áp suất và
thời gian
Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ:
Phần tử Chú giải
7. Điều khiển hai xilanh có biểu đồ hành trình bước như
hình vẽ.
Chọn cấu trúc điều khiển theo tầng khí nén.
Lập bảng kê các phần tử được sử dụng trong sơ đồ:
Phần tử Chú giải
45
nguon tai.lieu . vn
