Tài liệu Hướng dẫn thực hành điều khiển điện khí nén

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu cung cấp kiến thức và hướng dẫn thực hành về điều khiển điện khí nén, bao gồm nguyên lý hoạt động, cấu tạo của các thiết bị khí nén và điện điều khiển, cách thiết kế mạch điều khiển kết hợp điện – khí nén, và các bài tập mô phỏng – lắp ráp nhằm nâng cao kỹ năng ứng dụng trong thực tế sản xuất và đào tạo kỹ thuật.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu Hướng dẫn thực hành điều khiển điện khí nén

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN - KHÍ NÉN Tài liệu lưu hành nội bộ - dành cho sinh viên Ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Nam Khoa Điện – Điện tử Bộ môn Tự động hóa Đà Nẵng – Tháng 10/2020 22
MỤC LỤC BÀI 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN ............................................................................................................ 26 1.1 Khái niệm .......................................................................................................... 26 1.2 Các phần tử khí nén .......................................................................................... 27 1.2.1 Máy nén khí ............................................................................................. 27 1.2.2 Van đảo chiều .......................................................................................... 27 1.2.3 Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện ...................................... 30 1.2.4 Van một chiều ......................................................................................... 32 1.2.5 Van tiết lưu .............................................................................................. 32 1.2.6 Van điều chỉnh áp suất ............................................................................ 32 1.2.7 Rơ le áp suất ............................................................................................ 33 1.3 Các phần tử điện ............................................................................................... 33 1.3.1 Công tắc ................................................................................................... 33 1.3.2 Nút ấn ...................................................................................................... 34 1.3.3 Rơle ......................................................................................................... 34 1.3.4 Cảm biến.................................................. Error! Bookmark not defined. 1.4 Cơ cấu chấp hành .............................................................................................. 36 1.4.1 Xy lanh .................................................................................................... 36 1.5 Phần mềm mô phỏng điều khiển điện khí nén .................................................. 37 1.5.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 37 1.5.2 Cài đặt phần mềm festo fluidsim 3.6....................................................... 37 BÀI 2: GIỚI THIỆU CÁC CHỨC NĂNG CỦA MÔ HÌNH THỰC HÀNH ............... 39 2.1 Khối cơ cấu chấp hành ...................................................................................... 39 2.2 Khối đối tượng điều khiển ................................................................................ 39 2.3 Khối nguồn........................................................................................................ 40 2.4 Khối điều khiển ................................................................................................. 40 2.5 Khối cảnh báo ................................................................................................... 40 2.6 Khối truyền tín hiệu (cảm biến) ........................................................................ 40 2.7 Khối giám sát nguồn áp suất ............................................................................. 41 2.8 Khối xử lý ......................................................................................................... 41 BÀI 3: THỰC HÀNH VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN . 42 23
3.1 Các ký hiệu trong sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén .................................... 42 3.1.1 Ký hiệu các phần tử điện ......................................................................... 42 3.1.2 Ký hiệu các phần tử khí nén .................................................................... 43 3.2 Các phương pháp điều khiển ............................................................................ 43 3.2.1 Mạch điều khiển theo nhịp ...................................................................... 43 3.2.2 Điều khiển theo tầng................................................................................ 45 BÀI 4: CÁC BÀI THỰC HÀNH ĐIỆN KHÍ NÉN CƠ BẢN ...................................... 50 4.1 Các bài thực hành cơ bản .................................................................................. 50 4.1.1 Bài thực hành mẫu số 1 ........................................................................... 50 4.1.2 Bài thực hành mẫu số 2 ........................................................................... 52 4.2 Các bài tập thực hành ........................................................................................ 56 4.2.1 Bài tập số 1 .............................................................................................. 56 4.2.2 Bài tập số 2 .............................................................................................. 56 4.2.3 Bài tập số 3 .............................................................................................. 57 4.2.4 Bài tập số 4 .............................................................................................. 57 BÀI 5: BÀI TẬP ỨNG DỤNG ..................................................................................... 59 5.1 Bài tập số 1........................................................................................................ 59 5.2 Bài tập số 2........................................................................................................ 60 5.3 Bài tập số 3........................................................................................................ 61 5.4 Bài tập số 4........................................................................................................ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 65 24
MỞ ĐẦU Hiện nay ở Việt Nam việc ứng dụng hệ thống điều khiển bằng khí nén trong sản xuất công nghiệp đã trở nên khá phổ biến. Vì vậy cần thiết phải đào tạo một lực lượng lao động lành nghề về kỹ thuật điều khiển khí nén trong các cơ sở giáo giục Đại học, Cao đẳng, Trung cấp. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật là một cơ sở giáo dục đào tạo nguồn nhân lực kỹ sư công nghệ theo định hướng thực hành ứng dụng. Là cơ sở đào tạo ra nguồn nhân lực có chất lượng phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của khu vực Miền trung - Tây nguyên và cả nước. Tài liệu “Hướng dẫn thực hành điều khiển điện khí nén” trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các thiết bị khí nén, bổ trợ kiến thức thực tế giúp cho cho sinh viên tham gia các học phần đồ án môn học, đồ án tổng hợp. Sinh viên sau khi tốt nghiệp có thể chế tạo những loại máy móc có sử dụng thiết bị khí nén trong công nghiệp, có khả năng tra cứu và biết cách ứng dụng các cơ cấu vào trong thực tiển. Đáp ứng được nguồn nhân lực đảm bảo về chuyên môn. 25
BÀI 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN 1.1. Khái niệm Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển, mạch điều khiển được mô tả như hình vẽ sau: Hình 1.1: Cấu trúc của mạch điều khiển và các phần tử - Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. ví dụ: van đảo chiều, van áp suất… - Phần tử xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái các phần tử điều khiển. Ví dụ như: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic AND, van OR. 26
- Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành, ví dụ: van đảo chiều… - Cơ cấu chấp hành: thay đổi trang thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển, ví dụ: xylanh, động cơ… 1.2. Các phần tử khí nén 1.2.1. Máy nén khí Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó 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. Có nhiều kiểu máy nén khí khác nhau như: kiểu pittông, cánh gạt, trục vít, ly tâm… Hình 1.2: Máy nén pittông áp suất thấp 1.2.2. Van đảo chiều Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng. Hình 1.3: Cấu tạo van đảo chiều Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều: 27
Hình 1.4: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều Một số van đảo chiều thường gặp: Hình 1.5: Các loại van đảo chiều Các tín hiệu tác động của van đảo chiều Tín hiệu tác động bằng tay 28
Tác động bằng cơ Tác động bằng khí nén Tác động bằng nam châm điện Van đảo chiều có vị trí “ không” 29
Hình 1.6: Ký hiệu van đảo chiều có vị trí “không” Van đảo chiều có vị trí “ không” là van có tác động bằng cơ – lò xo nên nòng van và ký hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van. Điều đó có nghĩa là khi chưa có tín hiệu tác động vào nòng van thì lò xo tác động giữ vị trí đó hoặc khi ngắt tín hiệu tác động vào nòng van thì lò xo tác động đưa van về vị trí ban đầu. Van đảo chiều không có vị trí “ không” Hình 1.7: Ký hiệu van đảo chiều không có vị trí “không” Van đảo chiều không có vị trí “ không” là loại van sau khi tác động lần cuối lên nòng van không còn nữa thì van sẽ giữ nguyên vị trí tác động cuối cùng, chừng nào chưa có tín hiệu tác động lên phía đối diện của nòng van. 1.2.3. Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện Ký hiệu: Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện kết hợp với khí nén có thể điều khiển trực tiếp ở 2 đầu của nòng van hoặc là gián tiếp qua van phụ trợ. Hình 1.8: Ký hiệu các loại van điều khiển bằng nam châm điện 30
Điều khiển trực tiếp Hình 1.9: Van 2/2 đảo chiều trực tiếp bằng nam châm điện Hình 1.10: Van 3/2 đảo chiều trực tiếp bằng nam châm điện Điều khiển gián tiếp Hình 1.11: Van 3/2 đảo chiều gián tiếp bằng nam châm điện Hình 1.12: Van 5/2 đảo chiều gián tiếp bằng nam châm điện 31
1.2.4. Van một chiều Van một chiều có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua theo một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Dòng khí nén đi từ A qua B, chiều từ B qua A dòng khí bị chặn Hình 1.13: Cấu tạo và ký hiệu van một chiều 1.2.5. Van tiết lưu Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh tốc độ hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Hình 1.14: Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu 1.2.6. Van điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất không đổi cả khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đầu ra hoặc sự dao động áp suất ở đầu vào. 32
Hình 1.15: Cấu tạo và ký hiệu van điều chỉnh áp suất 1.2.7. Rơ le áp suất: Rơle áp suất có nhiệm vụ đóng mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức yêu cầu. Trong hệ thống điều khiển điện - khí nén, rơ le áp suất có thể coi như phần tử chuyển đổi tín hiệu điện - khí nén. Công tắc điện đóng, mở tương ứng với những áp suất khác nhau có thể điều chỉnh bằng vít điều chỉnh Hình 1.16: Cấu tạo và ký hiệu rơle áp suất 1.3. Các phần tử điện 1.3.0. Công tắc: Trong kỹ thuật điều khiển, công tắc, nút ấn thuộc phần tử đưa tín hiệu. Có hai loại công tắc thông dụng: công tắc đóng – mở và công tắc chuyển mạch quay Hình 1.17: Công tắc và ký hiệu của công tắc 33
1.3.1. Nút ấn: Nút ấn đóng- mở: Khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua (mở), khi tác động thì dòng điện sẽ đi qua. Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạch Hình 1.18: Cấu tạo và ký hiệu nút ấn 1.3.2. Rơle Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như phần tử xử lý tín hiệu. Có nhiều loại rơle khác nhau tùy vào công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ trường của cuộn dây, trong quá trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm Rơle trung gian Thường dùng cho mạch điều khiển có công suất nhỏ và thời gian đóng mở các tiếp điểm rất nhỏ (từ 1ms đến 10ms) Cấu tạo và ký hiệu 34
Hình 1.19: Cấu tạo và ký hiệu của rơle trung gian Rơ le thời gian Rơ le thời gian là thiết bị có tiếp điểm (đóng lại hoặc mở ra) chậm hơn so với thời điểm nhận (được) tín hiệu điều khiển. Có thể điều chỉnh độ trì hoãn về thời gian của RTG. Dùng trong các sơ đồ bảo vệ và tự động, trong những hệ thống điều khiển các quá trình công nghệ. Rơle thời gian là có chức năng tạo ra thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ một thiết bị này sang một thiết bị khác. Rơ le thời gian đóng chậm (ON DELAY) Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian ON DELAY, các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóng hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi. Sau khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời trở về trạng thái ban đầu. Cấu tạo và ký hiệu Hình 1.20: Cấu tạo và ký hiệu rơle thời gian đóng chậm Rơ le thời gian ngắt chậm (OFF DELAY) Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian trở về trạng thái ban đầu. Tiếp sau đó một 35
khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu. Hình 1.21: Cấu tạo và ký hiệu rơle thời gian ngắt chậm Công tắc hành trình Khi con lăn chạm vào cữ chặn thì tiếp điểm 1 nối với tiếp điểm 4. Cần phân biệt các trường hợp công tắc hành trình thường đóng và công tắc hành trình thường mở. Cấu tạo và ký hiệu của công tắc hành trình Hình 1.22: Cấu tạo và ký hiệu của công tắc hành trình 1.4. Cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xylanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén). 1.4.1. Xy lanh Xy lanh tác động đơn ( xylanh tác động môt chiều) Xy lanh tác động một chiều là xy lanh mà áp lực tác động vào xylanh chỉ một phía, phía ngược lại do lực của lò xo tác động hay do ngoại lực tác động. Xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh tác động kép) Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất khí nén được dẫn vào cả 2 phía của xylanh. 36
1.5. Phần mềm mô phỏng điều khiển điện khí nén 1.5.1. Giới thiệu chung FluidSIM là một phần mềm hoàn hảo cho sự sáng chế, mô phỏng, giảng dạy và nghiên cứu các mạch điện-khí nén, thủy lực và các mạch số. Tất cả các chức năng của chương trình tương tác với nhau 1 cách trơn tru, kết hợp các hình thức đa phương tiện và các nguồn thông tin khác nhau trong một biểu mẫu có thể truy nhập được 1 cách dễ dàng. FluidSIM kết hợp một trình biên tập sơ đồ mạch trực quan với những mô tả chi tiết về tất cả các thành phần, các bức ảnh cấu thành, các hoạt ảnh về hình chiếu cắt và các chuỗi video. Với phiên bản festo fluidsim 3.6 (chỉ sử dụng thiết kế mạch điều khiển khí nén, điện – khí nén) 1.5.2. Cài đặt phần mềm festo fluidsim 3.6 Cách sử dụng phần mềm cũng rất đơn giản, sinh viên có thể đọc tham khảo thêm tài liệu từ nhà sản xuất. Từ bộ cài fluidsim 3.6, Double click vào file chạy, tiến hành cài theo hướng dẫn. Khi click vào file chạy sẽ hiện lên sự lựa chọn. Ta chọn “yes” 37
Các bước tiếp theo làm theo hướng dẫn hoặc tham khảo video hướng dẫn cài đặt trên internet. Sau khi cài đặt hoàn thành trên màn hình máy tính sẽ hiện ra giao diện chính của Fluidsim. Cách sử dụng phần mềm cũng rất đơn giản, sinh viên có thể đọc tham khảo thêm tài liệu từ nhà sản xuất hoặc các video trên mạng. 38
BÀI 2: GIỚI THIỆU CÁC CHỨC NĂNG CỦA MÔ HÌNH THỰC HÀNH 2.1. Khối cơ cấu chấp hành Hình 2.1: Khối cơ cấu chấp hành Bao gồm các cơ cấu xylanh khí nén như: Xylanh trượt hai ty, xylanh kẹp, xylanh xoay, xylanh ống một trục và hai trục dạng trượt. 2.2. Khối đối tượng điều khiển Hình 2.2: Khối đối tượng điều khiển Khối đối tượng điều khiển bao gồm cụm van 5/2 và van tạo áp suất âm. Cụm van 5/2 bao gồm 06 bộ van có một đầu coil và 06 bộ van có hai đầu coil. 39
2.3. Khối nguồn Hình 2.3: Khối nguồn Cung cấp nguồn áp +24VDC để đấu nối điều khiển các đối tượng điều khiển, khối nguồn gồm: một công tắc nguồn; một cầu chì bảo vệ và sáu chân jắc cắm đầu ra. 2.4. Khối điều khiển Hình 2.4: Khối điều khiển Gồm một công tắc và 3 nút nhấn điều khiển, mỗi thiết bị cung cấp một tiếp điểm thường đóng và một tiếp điểm thường hở cho quá trình đấu nối điều khiển. 2.5. Khối cảnh báo Hình 2.5: Khối cảnh báo Gồm một còi báo và hai đèn báo tín hiệu. 2.6. Khối truyền tín hiệu (cảm biến) 40
Hình 2.6: Khối truyền tín hiệu Gồm các cảm biến hành trình xylanh, giám sát đưa tín hiệu vị trí của các xylanh cho quá trình điều khiển. 2.7. Khối giám sát nguồn áp suất Hình 2.7: Khối giám sát nguồn áp suất Bao gồm một cảm biến giám sát áp suất nguồn vào và một cảm biến giám sát bộ tạo nguồn áp suất âm. 2.8. Khối xử lý Hình 2.8: Khối xử lý Bao gồm sáu rơle trung gian và hai rơle thời gian. 41