1 SỞ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI ĐỒNG THÁP TRƯỜNG TRUNG CẤP THÁP MƯỜI GIÁO TRÌNH Tên mơ đun: Điều khiển điện khí nén NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số: ./QĐ- ngày tháng ) Đồng Tháp, năm 2018 năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Cùng phát triển khơng ngừng lĩnh vực tự động hóa, ngày thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén thủy lực sử dụng máy móc trở nên rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, dây chuyền chế biến thực phẩm,… thiết bị làm việc linh hoạt, với kích thước nhỏ gọn lắp đặt dễ dàng không gian chật hẹp so với thiết bị truyền động điều khiển khí hay điện Nhằm trang bị cho bạn đọc kiến thức kỹ tốt để tiếp cận nhanh chóng với thiết bị hệ thống điều khiển khí nén thực tế, kinh nghiệm tác giả đúc kết từ thực tiễn máy công nghệ điều khiển số đại từ thực tế giảng dạy tham khảo số tài liệu đáng tín cậy nước tài liệu dự án, nhóm tác giả biên soạn giáo trình làm giáo trình dạy trình độ Trung cấp nghề cho nghề Điện công nghiệp Hy vọng với nội dung giáo trình này, bạn đọc tính tốn, thiết kế, lắp đặt điều khiển hệ thống truyền dẫn khí nén theo yêu cầu khác Cấu trúc giáo trình chia làm bài: Bài Cơ sở lý thuyết khí nén Bài Vận hành máy nén khí thiết bị xử lý khí nén Bài Lắp đặt thiết bị phân phối cấu chấp hành Bài Sử dụng phần tử hệ thống điều khiển Bài Ứng dụng thuật toán điều khiển điện-khí nén Bài Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén Trong q trình biên soạn giáo trình này, khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp độc giả gần xa Đồng Tháp, ngày……tháng… năm 2018 Tham gia biên soạn Huỳnh Hoàng Giang – Chủ biên Đặng Thanh Tâm Võ Duy Linh MỤC LỤC Lời giới thiệu Mục lục Bài Cơ sở lý thuyết khí nén Khái niệm chung 1.1 Vài nét phát triển 1.2 Khả ứng dụng khí nén 1.2.1 Trong lĩnh vực điều khiển 1.2.2 Trong hệ thống truyền động 1.3 Ưu nhược điểm hệ thống truyền động khí nén 1.3.1 Ưu điểm 1.3.2 Nhược điểm Một số đặc điểm hệ truyền động khí nén 2.1 Độ an toàn tải 2.2 Sự truyền tải lượng 2.3 Tuổi thọ bảo dưỡng 2.4 Khả thay phần tử thiết bị 2.5 Vận tốc truyền động 2.6 Khả điều chỉnh lưu lượng dòng áp suất 2.7 Vận tốc truyền tải Đơn vị đo hệ thống điều khiển 3.1 Áp suất 3.2 Lực 3.3 Công 3.4 Công suất 3.5 Độ nhớt động Cơ sở tính tốn khí nén 4.1 Thành phần hóa học khí nén 4.2 Phương trình trạng thái nhiệt động học 4.2.1 Phương trình trạng thái tổng quát 4.2.2 Định luật Boyle - Mariotte 4.2.3 Định luật Gay - Lussac 4.2.4 Định luật Gay - Lussac 4.2.5 Phương trình đoạn nhiệt 4.3 Độ ẩm khơng khí 4.4 Phương trình dịng chảy 4.5 Lưu lượng khí nén qua khe hở 03 04 07 07 07 07 07 08 08 08 08 09 09 09 09 09 09 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 12 12 12 13 14 14 16 17 18 4.6 Tổn thất áp suất khí nén Bài Vận hành máy nén khí thiết bị xử lý khí nén Máy nén khí 1.1 Nguyên tắc hoạt động phân loại máy nén khí 1.2 Máy nén khí kiểu pít - tơng 1.3 Máy nén khí kiểu cánh gạt 1.4 Máy nén khí kiểu bánh - trục vít 1.5 Máy nén khí kiểu Root 1.6 Máy nén khí kiểu tuabin Thiết bị xử lý khí nén 2.1 Yêu cầu khí nén 2.2 Các phương pháp xử lý khí nén 2.3 Bộ lọc Bài Lắp đặt thiết bị phân phối cấu chấp hành Thiết bị phân phối khí nén 1.1 Bình trích chứa khí nén 1.2 Mạng đường ống Cơ cấu chấp hành 2.1 Xy - lanh 2.1.1 Xy - lanh tác động đơn 2.1.2 Xy - lanh tác động kép 2.1.3 Xy - lanh màng 2.2 Động khí nén 2.2.1 Động bánh 2.2.2 Động trục vít Bài Sử dụng phần tử hệ thống điều khiển Khái niệm Van đảo chiều 2.1 Nguyên lý hoạt động 2.2 Kí hiệu 2.3 Tín hiệu tác động 2.4 Một số van đảo chiều thường gặp Van chắn 3.1 Van chiều 3.2 Van logic OR 3.3 Van logic AND 3.4 Van xả khí nhanh Van tiết lưu 4.1 Van tiết lưu có tiết diện khơng thay đổi 4.2 Van tiết lưu có tiến diện thay đổi 4.3 Van tiết lưu chiều điều chỉnh tay 20 26 26 26 27 28 30 32 32 33 33 34 36 39 39 39 40 40 41 41 41 42 42 43 43 44 44 45 45 45 46 47 52 53 53 54 54 54 55 55 55 Van áp suất 5.1 Van an toàn 5.2 Van tràn 5.3 Van điều chỉnh áp suất 5.4 Rơ le áp suất Van điều chỉnh thời gian 6.1 Rơ le thời gian đóng chậm 6.2 Rơ le thời gian ngắt chậm Van chân không Cảm biến 8.1 Cảm biến tia rẽ nhánh 8.2 Cảm biến bẳng tia phản hồi 8.3 Cảm biến tia qua khe hở Phần tử khuếch đại 10 Phần tử chuyển đổi tín hiệu 10.1 Phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén - điện 10.2 Phần tử chuyển đổi tín hiệu điện - khí nén Bài Ứng dụng thuật tốn điều khiển điện - khí nén Khái niệm điều khiển Các phần tử mạch logic 2.1 Phần tử NOT 2.2 Phần tử AND 2.3 Phần tử NAND 2.4 Phần tử OR 2.5 Phần tử NOR 2.6 Phần tử XOR 2.7 Phần tử X-NOR Lý thuyết đại số Boole 3.1 Qui tắc đại sô Boole 3.2 Biều đồ Karnaugh 3.3 Phần tử nhớ Biểu diễn phần tử logic khí nén 4.1 Phần tử NOT 4.2 Phần tử OR NOR 4.3 Phần tử AND NAND 4.4 Phần tử EXC-OR 4.5 RS Flipflop Bài Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén Biểu diễn chức trình điều khiển 1.1 Biểu đồ trạng thái 1.2 Sơ đồ chức 56 56 57 57 58 59 59 59 60 60 60 61 61 62 63 64 65 66 66 67 68 68 69 69 70 71 71 72 72 74 80 82 82 83 84 85 86 87 87 87 88 1.3 Lưu đồ tiến trình Phân loại phương pháp điều khiển 2.1 Điều khiển tay 2.2 Điều khiển tùy động theo thời gian 2.3 Điều khiển tùy động theo hành trình Các phần tử điện khí nén 3.1 Van đảo chiều điều khiển nam châm điện a Kí hiệu b Điều khiển trực tiếp c Điều khiển gián tiếp 3.2 Các phần tử điện a Công tắc b Nút ấn c Rơ le d Cơng tắc hành trình điện - e Cảm biến tiệm cận Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén 4.1 Nguyên tắc thiết kế 4.2 Mạch dạng xung khí nén 4.3 Mạch trigơ trạng thái bền khí nén 4.4 Mạch điều khiển điện khí nén với xy- lanh 4.5 Mạch điều khiển điện khí nén với hai xy- lanh 4.6 Bộ dịch chuyển theo nhịp Mạch tổng hợp điều khiển theo nhịp 5.1 Mạch điều khiển với chu kì đồng thời 5.2 Mạch điều khiển với chu Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnaugh Các mạch ứng dụng Tài liệu tham khảo 92 94 94 96 97 99 100 100 100 101 103 103 104 104 106 107 109 109 110 111 112 113 115 118 118 119 120 127 132 MÔ ĐUN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN Mã mơ đun: MĐ 21 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun mơ đun sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị kiến thức cần thiết cho phần học kỹ thuật chuyên môn Mô đun học sau môn học: An toàn lao động; Vật liệu điện; Đo lường điện; Mạch điện - Tính chất: Là mơ đun thuộc mơ đun đào tạo nghề điện công nghiệp Mục tiêu mơ đun: - Hiểu hệ thống khí nén, logic điều khiển, phương pháp điều khiển, thiết lập mạch điều khiển điện khí nén - Hình thành kỹ lập chương trình điều khiển - Đọc sơ đồ điều khiển điện - khí nén, thiết lập mạch điều khiển điện khí nén - Rèn luyện tính cẩn thận, xác, chủ động, sáng tạo khoa học, nghiêm túc học tập công việc Nội dung mô đun: Thời gian (giờ) Số Tên TT Mô đun Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra Cơ sở lý thuyết khí nén 4 Vận hành máy nén khí 4 thiết bị xử lý khí nén Lắp đặt thiết bị phân phối cấu chấp hành Sử dụng phần tử hệ hống 20 10 điều khiển Ứng dụng thuật toán điều 20 14 khiển điện - khí nén Thiết kế mạch điều khiển điện 32 25 khí nén Ơn tập Cộng 90 30 52 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành tính vào thực hành BÀI CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN Mã bài: MĐ17-01 Giới thiệu: Bài học giới thiệu tới sinh viên vấn đề lịch sử hình thành phát triển sở tính tốn khí nén, từ giúp sinh viên có nguồn kiến thức để phục vụ cho học Mục tiêu: - Trình bày khái niệm đặc điểm hệ truyền động khí nén - Phân tích đại lượng đặc trưng khí nén ứng dụng chúng cơng nghiệp - Rèn luyện tính chủ động, nghiêm túc học tập công việc Nội dung chính: Khái niệm chung Mục tiêu: - Trình bày lịch sử phát triển, khả ứng dụng ưu nhược điểm hệ thống truyền động khí nén 1.1 Vài nét phát triển - Ứng dụng khí nén có từ thời trước Công Nguyên, nhiên phát triển khoa học kỹ thuật thời khơng đồng bộ, kết hợp kiến thức học, vật lý, vật liệu thiếu, phạm vi ứng dụng khí nén cịn hạn chế - Mãi đến kỷ thứ 19, máy móc thiết bị sử dụng lượng khí nén phát minh Với phát triển mạnh mẽ lượng điện vai trị sử dụng lượng khí nén bị giảm dần Tuy nhiên, việc sử dụng lượng khí nén đóng vai trò cốt yếu lĩnh vực mà sử dụng điện khơng an tồn Khí nén sử dụng dụng cụ nhỏ truyền động với vận tốc lớn như: búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh… dụng cụ, đồ gá kẹp chặt máy Sau chiến tranh giới thứ hai, việc ứng dụng lượng khí nén kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ Những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén sáng chế ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác Sự kết hợp khí nén với điện - điện tử định cho phát triển kỹ thuật điều khiển tương lai 1.2 Khả ứng dụng khí nén 1.2.1 Trong lĩnh vực điều khiển - Những năm 50 60 kỷ 20 giai đọan kỹ thuật tự động hóa q trình sản xuất phát triển mạnh mẽ Kỹ thuật điều khiển khí nén phát triển rộng 10 rãi đa dạng nhiều lĩnh vực khác Chỉ riêng Cộng Hồ Liên Bang Đức có 60 hãng chun sản xuất phần tử điều khiển khí nén Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng lĩnh vực mà hay xảy vụ nổ nguy hiểm thiết bị phun sơn, loại đồ gá kẹp cho chi tiết nhựa, chất dẻo lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, điều kiện vệ sinh mơi trường tốt độ an toàn cao Ngoài ra, hệ thống điều khiển khí nén cịn sử dụng dây chuyền rửa tự động, thiết bị vận chuyển kiểm tra thiết bị lị hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì cơng nghiệp hóa chất 1.2.2 Trong hệ thống truyền động - Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc lĩnh vực khai thác như: khai thác đá, khai thác than; cơng trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ, đường hầm - Truyền động quay: Truyền động động quay với cơng suất lớn lượng khí nén giá thành cao Nếu so sánh giá thành tiêu thụ lượng động quay lượng khí nén động điện có cơng suất, giá thành tiêu thụ lượng động quay lượng khí nén cao 10 đến 15 lần so với động điện Nhưng ngược lại thể tích trọng lượng nhỏ 30% so với động điện có cơng suất Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, cơng suất khoảng 3,5 kW, máy mài, công suất khoảng 2,5 kW máy mài với công suất nhỏ, với số vịng quay cao khoảng 100.000 v/ph khả sử dụng động truyền động khí nén phù hợp - Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động áp suất khí nén cho truyền động thẳng dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, thiết bị đóng gói, loại máy gia cơng gỗ, thiết bị làm lạnh hệ thống phanh hãm ôtô - Trong hệ thống đo lường kiểm tra: 1.3 Ưu nhược điểm hệ thống truyền động khí nén 1.3.1 Ưu điểm - Dễ dàng thành lập trạm trích chứa khí nén khả chịu nén (đàn hồi) khơng khí lớn - Có khả truyền lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường ống nhỏ - Chi phí để thiết lập hệ thống truyền động khí nén tương đối thấp, phần lớn xí nghiệp hệ thống đường ống dẫn khí nén có sẵn đường dẫn khí nén thải khơng cần thiết - Hệ thống phịng ngừa áp suất giới hạn bảo đảm 1.3.2 Nhược điểm