Gốc > Mục:Toán học >
title:Điều Khiển Điện Khí Nén
date:06-06-2012
sender:Đào Minh Hải
source:
type:ppt
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN
TPHCM, THÁNG 9/2009
Các bước thực hiện giải một
bài toán điều khiển khí nén cơ bản
Yêu cầu: Thiết kế mạch điều khiển khí nén hoạt động theo biểu đồ trạng thái sau: Đầu tiên ta đưa phôi vào. Khi tác động vào nút nhấn Start thì pittông A đi ra tiến hành kẹp chặt với áp suất p = 5 bar. Khi kẹp đủ áp suất, pittông B dịch chuyển bàn máy để gia công rãnh. Sau đó pittông B đưa bàn máy lùi về và pittông A cũng lùi về để tháo chi tiết ra.
Máy phay rãnh
Các bước thực hiện giải một
bài toán điều khiển khí nén cơ bản
Từ yêu cầu hoạt động của qui trình công nghệ, ta thiết lập được biểu đồ trạng thái như sau:
Quan sát biểu đồ trạng thái nhận thấy:
Cơ cấu chấp hành bao gồm hai xy lanh A và B (tác dụng kép).
Công tắc hành trình S1, S2, S3, S4 được sử dụng để xác định
vị trí của các xy lanh khi duỗi ra hay co lại. Các công tắc hành trình này chính là các van con lăn.
Từ hai kết quả nhận định trên ta có được sơ đồ như hình vẽ dưới đây:
Lựa chọn thiết bị điều khiển và cơ cấu chấp hành
Bước tiếp theo cần phải xác định các điều kiện để xy lanh A, B duỗi ra và co lại.
Tất cả chuỗi hoạt động có 4 nhịp thực hiện, nhịp thứ 5 trùng với nhịp thứ nhất có nghĩa là bước sang thực hiện nhịp thứ 5 là bắt đầu lặp lại qui trình hoạt động, do đó kết hợp điều kiện của nhịp 1 và nhịp 5. Cụ thể, nhịp 5 có công tắc hành trình S1 bị chạm và nhịp 1 là phải nhấn nút Start: kết hợp lại chính là điều kiện để nhịp thứ 1 được thực hiện.

Nhịp 1: Xy lanh A duỗi ra với điều kiện
A+ = Start ^ S1
Xy lanh A duỗi ra chạm vào công tắc hành trình S2: đây chính là điều kiện để nhịp thứ hai được thực hiện.
Nhịp 2: Xy lanh B duỗi ra với điều kiện
B+ = S2
Xy lanh B duỗi ra chạm vào công tắc S4 tại cuối hành trình: đây chính là điều kiện để nhịp thứ 3 được thực hiện.
Nhịp 3: Xy lanh B co lại
B- = S4
Xy lanh B co lại tác động vào công tắc hành trình S3: đây chính là điều kiện để nhịp thứ 4 được thực hiện.
Nhịp 4: Xy lanh A co lại
A - = S3
Ta tiến hành nối dây cho hệ thống điều khiển trên:
Ban đầu hai xy lanh A và B đều co lại nên cửa B của van điều khiển 5/2 nối với đường cấp khí cho xy lanh đi về, cửa A nối với đường cấp khí tác động cho xy lanh đi ra. Cửa P nối với nguồn cấp khí.
Do hai xy lanh ở vị trí co lại tại thời điểm ban đầu nên hai công tắc hành trình (van con lăn) S1 và S3 bị chạm do đó làm cho van áp lực 3/2 đổi vị trí, lúc này cửa số 1 thông với cửa số 2 như hình vẽ minh họa.
Mạch điều khiển bằng khí nén
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN
Các phương pháp thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén có thể giải quyết hầu hết các vấn đề trong điều khiển hệ thống khí nén.
Các phương pháp thiết kế mạch khí nén đều áp dụng các phương pháp thiết kế số. Tuy nhiên không có một phương pháp nào tối ưu nhất, vì mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng.
Phương pháp thiết kế theo tầng
Phương pháp thiết kế theo nhịp (tuần tự)
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG
Thiết kế theo tầng được coi phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất trong việc thiết kế khí nén trong cả 2 phương pháp điều khiển bằng khí nén và điện-khí nén vì có thể dễ dàng thực hiện và hiểu hoạt động của mạch.

Nguyên tắc thiết kế mạch theo tầng
Cách chia tầng và xác định tín hiệu đầu tầng
Khái quát mạch đảo tầng
Các bước giải một bài toán điều khiển theo tầng
Thi?t k? ma?ch di`u khi?n theo t`ng la` phuong pha?p thi?t k? tha`nh tu`ng t`ng ring. O? mơ~i t`ng hoa`n tha`nh mơ?t hoa?c mơ?t sơ? buo?c cu?a chu ky` di`u khi?n.
Trong thiết kế mạch điều khiển theo tầng cần thoả mãn hai nguyên tắc:
Tín hiệu vào ở các bước trong cùng một tầng không được trùng nhau. Do đó khi có các tín hiệu vào giống nhau ta phải xét đến việc chia tầng.
Tại thời điểm bất kỳ chỉ có duy nhất một tầng điều khiển hoạt động.
NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MẠCH THEO TẦNG
CÁCH CHIA TẦNG VÀ
XÁC ĐỊNH TÍN HIỆU ĐẦU TẦNG
Chia chu kỳ hoạt động của các cơ cấu chấp hành thành các tầng với điều kiện:
Không có xy lanh nào vừa đi ra vừa đi về trong một tầng hoặc cơ cấu quay vừa chuyển động thuận chiều và ngược chiều trong cùng một tầng.
A+ : xy lanh A đi ra A- : xy lanh A đi về
thì điều kiện trong việc chia tầng là không có ký hiệu của một xy lanh nào lặp lại trong cùng một tầng.
Ví dụ: có 3 xy lanh A, B, C hoạt động tuần tự như sau:
Start, A+, B+ / B-, A-, C+ / C-
Tầng: I / II / III
A+
A-
B+
B-
CÁCH CHIA TẦNG VÀ
XÁC ĐỊNH TÍN HIỆU ĐẦU TẦNG
Áp dụng các nguyên tắc chia tầng như đã nêu ở trên: chuỗi hoạt động của hai xy lanh được chia làm 2 tầng:
tầng I: A+, B+;
tầng II: B-, A-.
Có thể sử dụng vòng tròn chia thành nhiều phần để việc chia tầng và xác định tín hiệu đầu tầng được thuận tiện và dễ dàng hơn.
CÁCH CHIA TẦNG
A+
A-
B+
B-
I
II
III
CÁCH CHIA TẦNG
A+
B+
B-
A-
I
II
III
C+
C-
A+
B+
B-
C+
I
II
III
C-
A-
CÁCH CHIA TẦNG VÀ
XÁC ĐỊNH TÍN HIỆU ĐẦU TẦNG
Việc xác định tín hiệu đầu tầng rất quan trọng, các tín hiệu này chính là các điều kiện để chuyển tầng vì tại một thời điểm chỉ được phép một tầng có khí.
Các tín hiệu đầu tầng thường là các công tắc hành trình
(van con lăn đối với hệ thống điều khiển bằng khí nén).
Tín hiệu đầu tầng n chính là tín hiệu cuối cùng được tác động của tầng thứ n-1.
Tín hiệu đầu tầng 1 chính là tín hiệu cuối cùng của tầng n kết hợp với nút nhấn Start.
CÁCH CHIA TẦNG VÀ
XÁC ĐỊNH TÍN HIỆU ĐẦU TẦNG
Tín hiệu đầu tầng I = tín hiệu cuối cùng được tác động của tầng 2 kết hợp với nút nhấn Start.
E1 = S1^ Start
Tín hiệu đầu tầng II = tín hiệu cuối cùng được tác động của tầng I.
E2 = S4
KHÁI QUÁT MẠCH ĐẢO TẦNG
Nguyên tắc hoạt động của mạch đảo tầng:
Ban đầu, mạch đảo tầng sẽ cấp khí cho tầng thứ n.
Sau khi nhấn nút Start, mạch đảo tầng sẽ cấp khí cho tầng thứ I, ở tầng này, nguồn khí sẽ cung cấp cho các chuyển động trong tầng I để điều khiển cơ cấu chấp hành (có thể điều khiển trực tiếp hoặc thông qua các công tắc hành trình).

Tín hiệu đầu tầng II sẽ được tác động khi tầng I kết thúc, tầng II có khí và nguồn khí này cũng cung cấp cho các chuyển động trong tầng II. Tín hiệu đầu tầng III sẽ được tác động khi tầng II kết thúc, tầng III có khí …. Và cứ tiếp tục như thế cho đến tầng thứ n, và chu trình lại quay trở lại tầng I.

Mạch đảo tầng: bao gồm các van đảo tầng (thực chất là các
van đảo chiều 4/2 hoặc 5/2 có duy trì).
MẠCH CHUẨN 2 TẦNG CƠ BẢN
Số lượng van đảo chiều luôn bằng số tầng trừ đi 1
Mạch 2 tầng (n=2), như vậy sẽ có 1 (n-1 = 1) phần tử nhớ.
E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II.
Ban đầu, khí từ nguồn sẽ cung cấp cho tầng 2, sau khi có tín hiệu E1 tác động, van 5/2 đổi vị trí làm cho khí được dẫn lên cung cấp cho tầng I, khí ở tầng II thoát ra ngoài.
Mạch chuẩn 2 tầng cơ bản
MẠCH CHUẨN 2 TẦNG CƠ BẢN
Mạch chuẩn 2 tầng với cách nối dây
cho các tín hiệu đầu tầng
MẠCH CHUẨN 3 TẦNG CƠ BẢN
Mạch 3 tầng (n=3), như vậy sẽ có 2 (n-1 = 2) phần tử nhớ.
E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II, E3 là tín hiệu đầu tầng III.
MẠCH CHUẨN 3 TẦNG CƠ BẢN
Mạch chuẩn 3 tầng với cách nối dây cho các tín hiệu đầu tầng
MẠCH CHUẨN 4 TẦNG CƠ BẢN
MẠCH CHUẨN 4 TẦNG CƠ BẢN
CÁC BƯỚC GIẢI MỘT BÀI TOÁN
ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG
Bước 1: Từ yêu cầu của hệ thống điều khiển, ta xác định các biến cần thiết đó là các công tắc hành trình và vị trí lắp đặt, các cảm biến cần thiết sử dụng, các nút nhấn hay cần gạt lựa chọn (Start – nút khởi động, Stop – nút dừng, điều khiển tự động – Auto hay bằng tay – Man)….
Bước 2: Từ quy trình công nghệ, xây dựng biểu đồ trạng thái (biểu diễn các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Cụ thể xác định có bao nhiêu cơ cấu chấp hành và trình tự hoạt động).
Bước 3: Tiến hành việc chia tầng, có thể ghép các tầng lại với nhau nhằm mục đích tối ưu hoạt động của hệ thống nhưng phải đảm bảo đúng nguyên tắc của việc chia tầng. Xác định chuỗi hoạt động có bao nhiêu tầng và các tín hiệu đầu tầng tương ứng.
Bước 4: Lập quy trình thực hiện cho các tầng và các bước trong tầng. Xác định các điều kiện để các cơ cấu chấp hành hoạt động ứng với quy trình thực hiện ở trên.
Bước 5: Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén sử dụng các mạch đảo tầng chuẩn như đã trình bày ở trên.
BÀI TẬP ÁP DỤNG
Hệ thống điều khiển máy dập chi tiết với yêu cầu công nghệ như sau: Xy lanh A thực hiện công việc dập chi tiết và xy lanh B có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn (lõi sản phẩm). Chu kỳ hoạt động của máy dập như sau:
Người công nhân đưa phôi cần dập vào khuôn, sau đó nhấn công tắc hoạt động START.
Xy lanh A duỗi ra và thực hiện chuyển động đi xuống để dập chi tiết.
Sau khi dập xong chi tiết thì xy lanh A co lại trở về vị trí ban đầu.
Khi xy lanh A đã về vị trí ban đầu thì xy lanh B đi lên để đẩy chi tiết vừa dập ra khỏi khuôn.
Và sau khi đẩy xong chi tiết thì xy lanh B quay trở về lại vị trí ban đầu.
Chu kỳ hoạt động kết thúc và một chu kỳ kế tiếp hoạt động
Hoạt động của máy dập
Bước 1: Với yêu cầu đề ra là điều khiển 2 xy lanh A và B theo chu trình điều khiển tự động. Để các chu trình này thực hiện tự động được chúng ta gắn trên mỗi xy lanh 2 công tắc hành trình, công tắc hành trình S1, S3 gắn ở đầu hành trình, S2 và S4 gắn ở cuối hành trình của 2 xy lanh A và B.
Bước 2: Thiết lập biểu đồ trạng thái như hình biễu diễn dưới đây:
Bước 3 : Tiến hành việc chia tầng
Có 3 tầng hoạt động, tầng I thực hiện chuyển động cho xy lanh A đi ra (A+), tầng II thực hiện 2 chuyển động là xy lanh A đi về và xy lanh B đi ra (A-, B+) và tầng cuối cùng là xy lanh B đi về (B-).
Tín hiệu đầu tầng I:
E1 = Start + S3.

Tín hiệu đầu tầng II:
E2 = S2.

Tín hiệu đầu tầng III:
E3 = S4.
Bước 4 : Lập qui trình thực hiện cho các tầng và các bước trong tầng.
Để tiếp tục thiết kế chúng ta phải biết các tín hiệu điều khiển tác động lên các van đảo chiều. Ở đây ta có 2 xy lanh tác động kép, để điều khiển được các chuyển động khác nhau như A+, A-, B+, B-  sơ đồ tác động khí nén lên các xy lanh trong mạch điều khiển khí nén như sau:
Điều khiển bước = L (tầng chứa bước) +
Tín hiệu đầu bước
Lưu ý: Nếu công tắc đầu bước trùng với tín hiệu đầu tầng thì không lấy tín hiệu đầu bước vì ưu tiên lấy tín hiệu đầu tầng.
Như vậy để:
A+ = L1 (không lấy tín hiệu Start + S3 vì là tín hiệu đầu tầng I)

A- = L2 (không lấy tín hiệu S2 vì là tín hiệu đầu tầng II)

B+ = L2 + S1

B- = L3 (không lấy tín hiệu S4 vì là tín hiệu đầu tầng III)
HỆ THỐNG ĐẨY PHÔI VỚI HAI XY LANH
Hai xy lanh A và B được dùng để đẩy phôi từ ngăn chứa thẳng đứng xuống thùng chứa như hình biễu diễn sau: xy lanh A duỗi ra đẩy phôi sau đó xy lanh B duỗi ra đẩy phôi rơi xuống thùng chứa rồi xy lanh B co lại, tiếp đó là xy lanh A co lại.
HỆ THỐNG ĐẨY PHÔI VỚI HAI XY LANH
Từ qui trình công nghệ ta lập được biểu đồ trạng thái như sau:
Áp dụng qui tắc chia tầng thì với biểu đồ trạng thái trên được chia làm hai tầng với:

E1 = S1^Start: tín hiệu đầu tầng I.
E2 = S4: tín hiệu đầu tầng II.
Điều khiển bước = L (tầng chứa bước) +
Tín hiệu đầu bước
Lưu ý: Nếu công tắc đầu bước trùng với tín hiệu đầu tầng thì không lấy tín hiệu đầu bước vì ưu tiên lấy tín hiệu đầu tầng.
Như vậy để:
A+ = L1 (không lấy tín hiệu Start + S1 vì là tín hiệu đầu tầng I)

B+ = L1 + S2

B- = L2 (không lấy tín hiệu S4 vì là tín hiệu đầu tầng II)

A- = L2 + S3
Trình tự thiết kế mạch điều khiển khí nén
Giải thích mạch:
Ban đầu:
Hai pittông A và B ở vị trí co lại (đầu hành trình chuyển động).
Hai công tắc hành trình S1 và S3 bị chạm, tác động làm van đảo chiều 3/2 đổi vị trí dẫn khí từ cửa số 1 lên cửa số 2.
Tầng II có khí.
Tín hiệu đầu tầng I: E1 = S1^ Start; tín hiệu đầu tầng II: E2 = S4.

Khi nhấn nút Start:
Khi nút Start được nhấn, van 3/2 đổi vị trí dẫn khí từ nguồn qua công tắc hành trình S1 lên tác động làm cho van đảo chiều 5/2 đổi vị trí, lúc này tầng I có khí.
Tầng I có khí, tín hiệu A+ làm cho van đảo chiều 5/2 đổi vị trí, khí từ nguồn P đi lên cửa A làm cho pittông A duỗi ra. Đến cuối hành trình, S2 bị chạm, tín hiệu B+ làm cho pittông B duỗi ra, đến cuối hành trình, S4 bị chạm. S4 là tín hiệu đầu tầng II làm cho tầng II có khí.
Tầng II có khí, tín hiệu B- làm cho pittông B co lại, về đầu hành trình S3 bị chạm, lúc này có tín hiệu A- làm cho pittông A co lại.
Bài tập áp dụng 1
A+
B+
B-
A-
I
II
III
C+
C-
Bài tập áp dụng 2
A+
B+
B-
C+
I
II
III
C-
A-
Bài tập áp dụng 3
A-
A+
B+
B-
A-
A+
B+
B-
Bài tập áp dụng 3-1
A-
A+
B+
B-
A-
A+
B+
B-
Bài tập áp dụng 4
A+
B+
B-
I
II
III
A-
A-
A+
IV
Tín hiệu đầu tầng
E1= S1^START
E2= S2^L1
E3= S1^L2
E4= S4

Tín hiệu đầu bước
A+ = L1
A- = L2
A+ = L3
B+ = L3^S2
B- = L4
A- = L4^S3

=>
A+ = L1 v L3
A- = L2 v (L4^S3)

B+ = L3^S2
B- = L4

2
Bài tập áp dụng 5
Chuỗi hoạt động trên được chia làm 4 tầng và các tín hiệu đầu tầng tương ứng:
E1 = S1 ^ S5 ^ Start
E2 = S4 ^ L1
E3 = S6
E4 = S4 ^ L3
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP
Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp:
Các bước thực hiện lệnh xảy ra lần lượt từng nhịp. Có nghĩa là khi các lệnh trong một nhịp thưc̣ hiện xong sẽ thông báo cho nhịp tiếp theo đồng thời sẽ xoá nhịp thực hiện trước đó.
Như vậy khối điều khiển theo nhịp có các chức năng sau:
Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo.
Xoá các lệnh của nhịp trước đó.
Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển.
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP
Khái quát các khối điều khiển theo nhịp
Cấu tạo của khối điều khiển theo nhịp gồm 3 phần tử: phần tử AND (van 3/2), phần tử nhớ (van 5/2) và phần tử OR.
A: tín hiệu điều khiển.
Yn và Yn+1: vận hành (Set).
Zn và Zn+1: xoá (Reset).
L: tín hiệu định hướng.
X: tín hiệu phản hồi.
Kiểu A: Khi cổng Yn có giá trị L,
van đảo chiều (phần tử nhớ) đổi vị trí:
Tín hiệu ở cổng A có giá trị L. Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND của tín hiệu X. Phần tử nhớ của nhịp trước đó về vị trí Reset.
CÁC BƯỚC GIẢI MỘT BÀI TOÁN
ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP
Bước 1: Từ yêu cầu của hệ thống điều khiển, ta xác định các biến cần thiết đó là các công tắc hành trình và vị trí lắp đặt, các cảm biến cần thiết sử dụng, các nút nhấn hay cần gạt lựa chọn (Start – nút khởi động, Stop – nút dừng, điều khiển tự động – Auto hay bằng tay – Man)….
Bước 2: Từ quy trình công nghệ, xây dựng biểu đồ trạng thái (biểu diễn các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Cụ thể xác định có bao nhiêu cơ cấu chấp hành và trình tự hoạt động).
Bước 3: Lập quy trình thực hiện cho các nhịp. Xác định các điều kiện để các cơ cấu chấp hành hoạt động ứng với quy trình thực hiện ở trên.
Bước 4: Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén sử dụng các khối điều khiển theo nhịp như đã trình bày ở trên.
VÍ DỤ MINH HOẠ
Ví dụ: Qui trình khoan 1 lỗ thực hiện như sau:
Chi tiết được đặt vào vị trí khoan bằng tay.
Đầu tiên, xy lanh A đi ra kẹp chặt chi tiết, sau đó xy lanh B mang đầu khoan đi xuống thực hiện việc khoan lỗ, sau khi khoan xong, xy lanh B đi về, kế đến xy lanh A đi về để có thể lấy chi tiết ra.
Bước 1: Xác định biến
Sử dụng các công tắc hành trình S1, S2 để xác định vị trí chuyển động của xy lanh A. Tương tự, S3 và S4 được dùng để xác định vị trí chuyển động của xy lanh B. Ta thiết lập được biểu đồ trạng thái như hình vẽ sau:
Bước 2: Thiết lập biểu đồ trạng thái
Bước 3: Lập qui trình thực hiện
Quan sát biểu đồ trạng thái nhận thấy qui trình khoan 1 lỗ có 4 nhịp. Do đó cần sử dụng chuỗi điều khiển theo nhịp với 4 khối: 3 khối kiểu A và một khối kiểu B (đặt ở vị trí cuối cùng trong chuỗi điều khiển). Mỗi khối điều khiển tương ứng với một nhịp thực hiện.

Nhịp 1: A+ = Start ^ S1 ^ A4 (A4: tín hiệu điều khiển của nhịp cuối cùng)
Nhịp 2: B+ = S2 ^ A1 (A1: tín hiệu điều khiển của nhịp đầu tiên)
Nhịp 3: B- = S4 ^ A2 (A2: tín hiệu điều khiển của nhịp thứ hai)
Nhịp 4: A- = S3 ^ A3 (A3: tín hiệu điều khiển của nhịp thứ ba)
Sơ đồ logic mạch điều khiển theo nhịp
Trước khi khởi động hệ thống cần nhấn nút Định hướng để Reset các khối điều khiển kiểu A nhằm xác lập vị trí ban đầu cho các cơ cấu chấp hành và Set khối kiểu B cuối cùng trong chuỗi điều khiển. Tín hiệu điều khiển của khối này đi vào một cửa của van AND.
Khi nút Start được nhấn, khí từ nguồn được dẫn tới cửa còn lại của van AND, ngõ ra của van AND là tín hiệu Set khối điều khiển đầu tiên đồng thời Reset khối điều khiển cuối cùng. Nhịp thứ nhất được thực hiện: xy lanh A đi ra kẹp chặt phôi, đến cuối hành trình chạm vào công tắc hành trình S2. Tín hiệu S2 kết hợp với tín hiệu khí của khối điều khiển thứ nhất qua van 3/2 tác động Set khối điều khiển thứ hai.
Trong nhịp thứ hai: ngõ ra tác động làm xy lanh B mang mũi khoan đi xuống đồng thời Reset khối điều khiển thứ nhất. Đến cuối hành trình chạm vào S4 kết hợp với tín hiệu khí của nhịp thứ hai tác động Set khối điều khiển thứ ba.
Trong nhịp thứ ba: ngõ ra tác động làm xy lanh B đi về sau khi khoan xong đồng thời Reset khối điều khiển thứ hai. Về đầu hành trình chạm vào S3 kết hợp với tín hiệu khí của nhịp thứ ba tác động Set khối điều khiển cuối cùng.
Nhịp thứ tư (nhịp cuối): ngõ ra tác động làm xy lanh A đi về đồng thời Reset khối điều khiển thứ ba.
TRÌNH TỰ THỰC HIỆN
MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP
MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP
QUI TRÌNH KHOAN 1 LỖ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN -KHÍ NÉN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN – KHÍ NÉN
Các phần tử điện – khí nén
Các phần tử nhận tín hiệu
Các phần tử xử lý tín hiệu
Các phần tử điều khiển – chuyển đổi tín hiệu
Các phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén
CÁC PHẦN TỬ NHẬN TÍN HIỆU

Nút nhấn
Công tắc
Công tắc hành trình
Cảm biến
NÚT NHẤN THƯỜNG HỞ
Khi tác động vào cơ cấu tác động (nút nhấn bằng tay), lúc này lò xo sẽ bị nén lại làm cho phần tử chuyển mạch và tiếp điểm tiếp xúc với nhau cho phép dòng điện đi qua 3-4. Khi thả tay ra, lò xo giãn ra trở về trạng thái ban đầu, lúc này phần tử chuyển mạch và tiếp điểm hở ra, ngắt điện giữa hai điểm 3-4.
NÚT NHẤN THƯỜNG ĐÓNG
Cấu tạo của nút nhấn thường đóng có phần tử chuyển mạch cố định, còn tiếp điểm được gắn chặt với trục của cơ cấu tác động, tiếp điểm sẽ di chuyển lên xuống khi nút nhấn bị tác động.
NÚT NHẤN CHUYỂN MẠCH
Khi tác động vào nút nhấn, lò xo bị nén lại kéo theo phần tử chuyển mạch, lúc này làm cho tiếp điểm thường đóng hở ra, còn tiếp điểm thường hở đóng lại. Khi thả tay ra, các tiếp điểm này trở về trạng thái ban đầu như hình biểu diễn.
CÔNG TẮC
3
4
3
4
Khi chưa tác động vào công tắc. Tiếp điểm 3-4 h ra.
Khi tác động vào công tắc, tiếp điểm 3-4 đóng lại, dẫn điện đi qua. Khi thả tay ra, tiếp điểm vẫn giữ ở trạng thái này. Tác động vào công tắc lần nữa, tiếp điểm 3-4 mới hở ra như trạng thái ban đầu
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH
Công tắc hành trình có rất nhiều loại và kích thước khác nhau, loại nhỏ được sử dụng trong các thiết bị nhỏ và dụng cụ đo, loại lớn được sử dụng trong công nghiệp nặng.
Trong nhiều ứng dụng tự động thì công tắc hành trình là khâu yếu nhất trong hệ thống, gần 90% các lỗi gây ra do công tắc hành trình hay cảm biến.
Cảm biến thì luôn được đặt tại nơi diễn ra quá trình điều khiển - nơi có độ ẩm cao, nhiệt độ cao, dao động, lực tác động lớn, còn công tắc hành trình chịu sự tác động trực tiếp của lực làm cho sai số và là cơ cấu tác động cơ nên hạn chế số lần tác dụng.
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH
Công tắc hành trình bao gồm các tiếp điểm bằng điện tác động bằng cơ khí, các tiếp điểm này mở hay đóng khi các xy lanh đạt tới vị trí nào đó (giới hạn), và tác động lên công tắc.
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH
Có một số dạng thường sử dụng như sau:
- Dạng chốt/ bản lề ngắn/bản lề/bản lề dài
- Dạng bản lề giả con lăn/dạng ngắn/
dạng dài.
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH ĐIỆN CƠ
Tiếp điểm của cảm biến chia ra làm 2 loại: thường đóng (Normal Closed – NC) và thường mở (Normal Open – NO). Công tắc hành trình thường có cả 2 loại tiếp điểm NO và NC nhưng với một cực chung. Khi có tín hiệu tác động thì sẽ chuyển đổi trạng thái của 2 tiếp điểm này: tiếp điểm thường hở đóng lại và tiếp điểm thường đóng hở ra.
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH NAM CHÂM
Hai lò xo lá còn gọi là lưỡi gà được gắn trong một ống nhỏ. Với 2 đầu của 2 lá này xếp chồng lên nhau và gần chạm.
Khi từ trường đi qua ống, lưỡi gà có hai cực đối nghịch nhau tiếp xúc lại với nhau, công tắc lưỡi gà tác động không cần tiếp xúc vật lý.
Công tắc lưỡi gà được điền đầy khí vào trong ống chứa để hạn chế mài mòn và bụi. Các lưỡi gà chồng lên nhau thường là dạng phẳng để giảm điện trở tiếp xúc. Vì vậy công tắc lưỡi gà có thời gian hoạt động dài khoảng 100 triệu lần làm việc.
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH NAM CHÂM
Trong hệ thống khí nén, các công tắc lưỡi gà thường được gắn trên vỏ xy lanh có từ để làm công tắc hành trình cho việc điều khiển hệ thống khí nén. Khi pittông di chuyển ngang qua công tắc lưỡi gà thì sẽ đóng tiếp điểm lại và cho dòng điện đi qua.
CẢM BIẾN
Để điều khiển chuyển động của các xy lanh khí nén hay các loại cơ cấu chấp hành khác cần có sự phát hiện sự dịch chuyển, hay nói cách khác là có sự thay đổi về vị trí hoặc thay đổi các thông số của quá trình trong hệ thống điều khiển. Trong phần này, chúng ta đề cập chủ yếu đến các loại cảm biến phát hiện hai trạng thái ON - OFF.
CẢM BIẾN QUANG
Phương pháp truyền trực tiếp
Vật cần phát hiện sẽ đi qua giữa bộ phát và bộ thu, hai bộ này đặt đối diện nhau. Phải đặt 2 bộ này thẳng hàng với nhau một cách chính xác.
Khi vật đi ngang qua tia sáng sẽ bị ngắt.
CẢM BIẾN QUANG
Phương pháp truyền phản xạ:
Tia sáng này phải đi một quãng đường gấp đôi nên tổn thất phản xạ khoảng 10 – 30% so với phương pháp truyền trực tiếp.

Mặt phản xạ được chế tạo đặc biệt làm bằng nhựa với bề mặt tạo bởi các nhấp nhô hình cầu hay hình kim tự tháp để phản xạ tia sáng phát ra từ bộ phát quay về bộ thu với một góc tới.
CẢM BIẾN QUANG
Phương pháp truyền phản xạ
CẢM BIẾN QUANG
Phương pháp truyền phản chiếu:
Tương tự như phương pháp truyền phản xạ nhưng không có mặt phản xạ. Phương pháp này sử dụng cho các vật có bề mặt nhẵn phẳng.
CẢM BIẾN SIÊU ÂM
Cảm biến siêu âm tương tự như cảm biến quang ngoại trừ tia phát ra không là tia sáng mà là sóng âm thanh
Cảm biến siêu âm gồm hai bộ phận: phát siêu âm (ultrasonic emitter), thu siêu âm (ultrasonic receiver).
Bộ phát siêu âm có tần số nằm trong khoảng 65kHz và 400kHz tùy theo chủng loại; sóng phản hồi có bước sóng trong khoảng 14Hz đến 140Hz tùy theo mức độ phản xạ của đối tượng.
CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG
Cảm biến điện dung chứa một bộ tạo dao động RC. Khi vật đi ngang qua sẽ thay đổi giá trị điện dung khiến cho mạch kích hoạt công tắc bán dẫn. Cảm biến này có thể phát hiện vật trong khoảng cách từ 5 đến 40mm phụ thuộc vào thiết kế cảm biến và vật liệu của vật phát hiện.
Cảm biến điện dung sử dụng vật thể cần phát hiện như một bản cực của tụ điện. Khi vật thể di chuyển đến càng gần cảm biến thì dung lượng của tụ càng cao
CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG
Ưu điểm chính của cảm biến điện dung là có thể phát hiện vật thể cả bằng kim loại và phi kim.
Đóng dấu lên bề mặt chi tiết khi cảm biến phát hiện chi tiết di chuyển tới.
CÁC PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Rơle điều khiển
Rơle áp suất
Rơle thời gian đóng chậm
Rơle thời gian nhả chậm
RƠLE ĐIỀU KHIỂN
Nguyên lý hoạt động của rơle điều khiển như sau: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm.
Có hai loại: tiếp điểm thường hở và tiếp điểm thường đóng. Khi rơle có điện, các tiếp điểm thường hở đóng lại, các tiếp điểm thường đóng hở ra. Khi rơle mất điện, trạng thái của các tiếp điểm này trở về như ban đầu.
RƠLE ĐIỀU KHIỂN
RƠLE THỜI GIAN ĐÓNG CHẬM
Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian đóng chậm tương tự như rơle tác động muộn của phần tử khí nén, diod tương đương như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu. Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt.
RƠLE THỜI GIAN NHẢ CHẬM
Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian nhả chậm tương tự như rơle thời gian nhả muộn của phần tử khí nén, diod tương đương như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu. Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt.
Các phần tử điều khiển
– chuyển đổi tín hiệu
Van điện từ 2/2
Van điện từ 3/2, 1 trạng thái
Van điện từ 5/2, 1 trạng thái
Van điện từ 5/2, 2 trạng thái
Van điện từ 5/3
VAN ĐIỆN TỪ
Van điện từ (van solenoid): khi cuộn dây soleloid có điện thì sẽ tác động cho van đảo vị trí làm việc.
Giải thích: Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây kim loại thì sẽ sinh ra từ trường trong cuộn dây đó. Độ mạnh của từ trường tỷ lệ với cường độ dòng điện. Từ trường hút sắt, niken và coban. Từ trường càng mạnh thì lực hút càng mạnh.

Kết luận: cuộn dây kim loại chính là một nam châm điện, khi cuộn dây kim loại có điện, nó sẽ hoạt động giống như một nam châm, có khả năng hút sắt, niken và coban.
Các phần tử điều khiển
– chuyển đổi tín hiệu
Các phần tử điều khiển trong hệ thống điều khiển điện – khí nén là các van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện hay còn gọi là van điện từ (van solenoid).
Các loại van này kết hợp với khí nén có thể điều khiển trực tiếp ở hai đầu nòng van hoặc
là gián tiếp qua van phụ trợ.
VAN ĐIỆN TỪ 2/2
Cửa số 1: Nối với nguồn khí
Cửa số 2: Cửa nối làm việc
1 Hai chấu kết nối với nguồn điện
2 Cuộn dây solenoid
3 Ống sắt từ
4 Lò xo
Khi cuộn dây solenoid có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào
ống sắt từ, kéo ống sắt từ lên, lúc này dòng khí theo khe hở
nhỏ từ cửa số 1 đi qua cửa số 2.
1
2
3
4
VAN ĐIỆN TỪ 2/2
Normally Open (NO)
Normally Closed (NC)
VAN ĐIỆN TỪ 3/2, 1 TRẠNG THÁI
1 Hai chấu kết nối với nguồn điện
2 Cuộn dây solenoid
3 Ống sắt từ
4 Nòng van
5 Vòng đệm
6 Lò xo
Cửa số 1: Nối với nguồn khí
Cửa số 2: Cửa nối làm việc
Cửa số 3: Cửa xả khí
Cấu tạo:
VAN ĐIỆN TỪ 3/2, 1 TRẠNG THÁI

Cửa số 1 thông với cửa số 2.
Cửa số 3 bị chặn.
Khi cuộn dây solenoid có điện, trạng thái của van như sau:

Cuộn dây solenoid có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống sắt từ (3), kéo ống sắt từ lên, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ đi xuống đẩy nòng van (4) trượt xuống, làm cho cửa số 3 bị chặn lại bởi vòng đệm (5), lúc này lò xo (6) bị ép lại nên cửa số 1 sẽ thông khí với cửa số 2 như hình vẽ minh hoạ.

Cửa số 1 thông với cửa số 2.
Cửa số 3 bị chặn.
Nguyên lý hoạt động:
VAN ĐIỆN TỪ 3/2, 1 TRẠNG THÁI
VAN ĐIỆN TỪ 3/2, 1 TRẠNG THÁI
Ứng dụng:
Van điện từ 3/2, 1 trạng thái do chỉ có một cổng ra nên được ứng dụng để điều khiển xy lanh tác dụng đơn
Khi tác động vào nút nhấn, cuộn dây có điện, van đảo vị trí làm việc,
lúc này cửa số 1 thông với cửa số 2, dẫn khí đi vào buồng xy lanh đẩy
xy lanh duỗi ra.
VAN ĐIỆN TỪ 5/2, 1 TRẠNG THÁI
1 Hai chấu kết nối với nguồn điện
Hộp nam chậm điện có chứa cuộn dây solenoid
3 Ống sắt từ
4 Nòng van
5 Lò xo

Cửa số 1: Nối với nguồn khí
Cửa số 2, 4: Cửa nối làm việc
Cửa số 3, 5: Cửa xả khí
VAN ĐIỆN TỪ 5/2, 1 TRẠNG THÁI
Cuộn dây solenoid có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống sắt từ (3), kéo ống sắt từ qua bên trái, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ đi qua đẩy nòng van (4) trượt qua bên phải, ép lò xo (5) lại. Vị trí của nòng van lúc này làm cho cửa số 1 thông khí với cửa số 4, dẫn khí lên, cửa số 2 thông với cửa số 3, còn cửa số 5 bị chặn.
Khi cuộn dây solenoid có điện, trạng thái của van như sau:
VAN ĐIỆN TỪ 5/2, 1 TRẠNG THÁI
Ứng dụng:
Van điện từ 5/2, 1 trạng thái đuợc dùng để điều khiển xy lanh tác dụng kép.
Khi tác động vào nút nhấn, cuộn dây có điện, van đảo vị trí làm việc,
lúc này cửa số 1 thông với cửa số 4, dẫn khí đi vào buồng xy lanh đẩy
xy lanh duỗi ra.
VAN ĐIỆN TỪ 5/2, 2 TRẠNG THÁI


1 Hai chấu kết nối với nguồn điện
2 Hộp nam châm điện có chứa cuộn dây solenoid
3 Ống sắt từ
4 Nòng van
Cửa số 1: Nối với nguồn khí
Cửa số 2, 4: Cửa nối làm việc
Cửa số 3, 5: Cửa xả khí
VAN ĐIỆN TỪ 5/2, 2 TRẠNG THÁI
Cuộn dây solenoid 14 có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống sắt từ (3) bên trái, kéo ống sắt từ qua bên trái, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ đi qua đẩy nòng van (4) trượt qua bên phải. Vị trí của nòng van lúc này làm cho cửa số 1 thông khí với cửa số 4, dẫn khí lên, cửa số 2 thông với cửa số 3, còn cửa số 5 bị chặn.
Khi cuộn dây solenoid có điện, trạng thái của van như sau:
VAN ĐIỆN TỪ 5/2, 2 TRẠNG THÁI
Ứng dụng
Khi tác động vào nút nhấn, cuộn dây có điện, van đảo vị trí làm việc,
lúc này cửa số 1 thông với cửa số 4, dẫn khí đi vào buồng xy lanh đẩy
xy lanh duỗi ra.
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH
Ứng dụng:
Khi tác động vào nút nhấn, tiếp điểm
thường hở của nút nhấn đóng lại, dẫn điện
đi qua. Cuộn dây solenoid của van 3/2,
1 trạng thái bị tác động nên van đảo
vị trí làm việc. Dòng khí từ cửa số 1
đi lên cửa số 2 vào buồng xy lanh,
áp lực khí đẩy xy lanh duỗi ra.
Đến cuối hành trình, tác động vào
công tắc hành trình con lăn làm cho
tiếp điểm thường hở đóng lại, còn
tiếp điểm thường đóng hở ra. Ta sẽ
sẽ sử dụng các tiếp điểm này trong
mạch điều khiển điện - khí nén
thực thi một công việc nào đó.
BÀI TẬP ÁP DỤNG
Dùng van điện từ 5/2, 2 trạng thái để điều khiển xy lanh tác dụng kép với yêu cầu như sau:
Tác động vào nút nhấn, xy lanh duỗi ra, đến khi gặp công tắc hành trình a2 thì tự động co l?i.
BÀI TẬP ÁP DỤNG
Khi cấp điện cho cuộn dây solenoid bên trái, xy lanh duỗi ra
BÀI TẬP ÁP DỤNG
Khi chạm công tắc hành trình a2,
xy lanh tự động thụt về
Các phương pháp thiết kế
mạch điều khiển điện – khí nén
Phương pháp thiết kế mạch điều khiển tuần tự
Phương pháp thiết kế mạch điều khiển theo tầng
Phương pháp thiết kế mạch điều khiển theo nhịp
PP thiết kế HTĐK khí nén bằng điện theo sự kiện: tức là mỗi bước hoạt động của CCCH được bắt đầu bằng một sự kiện xảy ra. (một tác động riêng lẻ, tín hiệu nút nhấn/công tắc hành trình, rơle áp suất/ sự tổ hợp của các tác động khác nhau).

Cơ sở thiết kế mạch ĐK hành trình là vị trí các phần tử đưa tín hiệu vào (công tắc, cảm biến...). Yêu cầu của ĐK hành trình là:
Đúng hướng chuyển động của cơ cấu chấp hành.
Đúng vị trí theo các vị trí nhận tín hiệu (vị trí đặt các phần tử đưa tín hiệu vào: công tắc hành trình, cảm biến ...).
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ
Ở mạch điều khiển tuần tự, tín hiệu vào ở các bước không giống nhau. Khi một bước kết thúc thì sẽ thông báo cho bước tiếp theo.
Việc thiết kế được thực hiện tuần tự theo chuỗi :
E1  A1  E2  A2  En  AnEn-1  An-1...
Trong đó :
E1, E2,..., En-1, En là tín hiệu vào ở các bước 1, 2,..., n-1, n.
A1, A2,..., An-1, An là tín hiệu ra ở các bước 1, 2,..., n-1, n.
Các tín hiệu E1  En: là tín hiệu của đầu mỗi bước của chu trình xy lanh.
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ
Ví dụ: Thiết kế mạch điều khiển hai xy lanh làm việc theo sơ đồ hành trình bước như hình dưới.
S3  Y1 S2  Y3 S4  Y2 S1  Y4

Giải :
Chuỗi tuần tự có thể viết gọn :

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ
Sơ đồ mạch điện điều khiển tuần tự
S3  Y1 S2  Y3 S4  Y2 S1  Y4
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG
PP thiết kế mạch ĐK theo tầng là PP thiết kế thành từng tầng riêng. Ở mỗi tầng hoàn thành một hoặc một số bước của chu kỳ điều khiển.
Sự khác nhau cơ bản có tính chất quyết định bắt buộc phải thiết kế theo tầng (không thể theo mạch tuần tự) là ở đặc điểm tín hiệu vào.
Trong thiết kế mạch điều khiển tầng cần thỏa mãn hai nguyên tắc:
Tín hiệu va