Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC CHƯƠNG I DẪN NHẬP Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 1 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC I. Đặt vấn đề: Không khí chung quanh ta nhiều vô kể và nó là một nguồn năng lượng rất lớn mà con người đã biết sử dụng chúng từ trước Công nguyên. Tuy nhiên sự phát triển và ứng dụng khí nén lúc đó còn rất hạn chế do sự phối hợp giữa các ngành vật lý ,cơ học v.v Vào khoảng thế kỷ 17 các nhà bác học Blaise Pascal, Denis Papin, Otto von Guerike đã xây dựng nền tảng cho việc ứng dụng của khí nén. Cùng với sự phát triển của khí nén, năng lượng điện đã phát triển mạnh mẽ trong nhiều lónh vực làm cho ứng dụng của khí nén giảm. Nhưng không vì điều đó mà sự phát triển và ứng dụng của khí nén mất đi. II. Tầm quan trọng và ứng dụng của khí nén: Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều khiển bằng khí nén không ngừng diễn ra. Các ứng dụng của khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết v.v Các ứng dụng của khí nén trong truyền động như máy vặn vít, các moto khí nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ôtô v.v III. Ưu nhược điểm của khí nén: 1. Ưu điểm: • Không gây ô nhiễm môi trường. • Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp. • Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo. 2. Nhược điểm: • Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi. • Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn. IV. Mục đích yêu cầu- giới hạn đề tài: Trong công cuộc Hiện đại hóa, Công nghiệp hóa đất nước. Đất nước ta mở cửa cho các nhà đầu tư vào hoạt động. Các hệ thống tự động hóa công nghiệp điều khiển bằng khí nén cũng dần xuất hiện nhiều. Tự động hóa trong công nghiệp sẽ cho ra nhiều sản phẩm hơn đồng thời đòi hỏi sự hoạt động của nó phải đạt độ chính xác cao, an toàn v.v Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp. Trong một số trường Đại học hiện nay có thêm môn học Cơ- Điện tử. Đây là sự kết hợp giữa hai ngành Cơ khí và Điện –Điện tử . Nhằm giúp sinh viên có kiến thức sơ đẳng về điều khiển tự động các thiết bò khí nén, em thực hiện đề tài “ Xây dựng bài thực tập khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC “. Đề tài này giúp cho sinh viên ngành Điện phần nào hiểu được cách thức hoạt động của các thiết bò khí nén đồng thời ứng dụng PLC vào điều khiển chúng. Đề tài được trình bày theo dạng các bài thí nghiệm, sinh viên sau khi nắm vững lý thuyết, sẽ thực hành theo các dạng bài tập thí nghiệm. Các bài thí Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 2 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC nghiệm được viết theo trình tự từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp nằm giúp sinh viên dễ dàng nắm bắt bài học hơn. Đề tài này được thực hiện trên bộ thí nghiệm khí nén của hãng LAB- VOLT Đề tài giới thiệu cho sinh viên các thiết bò và các thức hoạt động của các thiết bò, tự động điều khiển các thiết bò bằng PLC. Giúp sinh viên có kiến thức căn bản nhất về khí nén. Với q thời gian 7 tuần lễ và đây là một đề tài mới mẻ đối với em. Trong quá trình nghiên cứu xây dựng bài thực tập do kiến thức còn hạn chế chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, kính mong q Thầy Cô cùng các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để xây dựng đề tài tốt hơn. Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 3 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ KHÍ NÉN Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 4 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC A. Máy nén khí – Thiết bò phân phối khí nén: I. Máy nén khí: 1. Khái niệm: Máy nén khí là thiết bò tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng. 2. Phân loại: a. Theo áp suất: • Máy nén khí áp suất thấp: p ≤ 15 bar • Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 15 bar • Máy nén khí áp suất rất cao: p ≥ 300bar b. Theo nguyên lý hoạt động: • Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít. • Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiều trục. II. Bình trích chứa khí nén: Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước. Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bò sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn. Ký hiệu : III. Mạng đường ống dẫn khí nén: Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bò truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành. Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại: • Mạng đường ống được lắp ráp cố đònh (mạng đường ống trong nhà máy) • Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết bò) Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bò cho phép tháo lắp dễ dàng và nhanh chóng. Nối hệ thống đến các thiết bò bằng cách đơn giản Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 5 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC là đẩy ống vào cổng vào (in-let) hay cổng ra (out-let). Tháo ống ra bằng cách một tay đè vào vành tỳ, tay kia kéo ống ra. B. CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN: I. Khái niệm: Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển vòng hở (Open – loop Control System) với các phần tử sau:  Phần tử đưa tín hiệu : nhận những giá trò của đại lượng vật lý như đại lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp suất.  Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất đònh, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic OR hoặc AND.  Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lương ra của mạch điều khiển. Ví dụ: xilanh, động cơ khí nén. II. Van đảo chiều: Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vò trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén. 1) Ký hiệu của van đảo chiều: Vò trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, … Vò trí ‘không’ là vò trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào. Đối với van có 3 vò trí, thì vò trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vò trí ‘không’. Đối với van có 2 vò trí thì vò trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vò trí bên phải ‘b’ là vò trí ‘không’. 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 … Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 6 a o b ba Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Trường hợp a là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn khí là trường hợp b. Bên trong ô vuông của mỗi vò trí là các đường mũi tên biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí nén qua van. Khi dòng bò chặn thì được biểu diễn bằng dấu gạch ngang. Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều: Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 trong đó: 5 : chỉ số cửa 2 : chỉ số vò trí Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều: TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van đảo chiều 2/2 Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2 Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 7 a b Kí hiệu cửa xả khí 10 Cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn 2(A) 4(B) 5(S) 1(P) 3(R) Nối với nguồn khí nén Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn 14(Z) Cửa nối điều khiển 12(Y) Cửa nối điều khiển Cửa 1nối với cửa 2 Cửa 1nối với cửa 4 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 2) Tín hiệu tác động: Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng tay, tác động bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện. Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vò trí ‘không’) hay chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vò trí ‘không’). a.Tác động bằng tay: TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Kí hiệu nút nhấn tổng quát Nút bấm Tay gạt Bàn đạp b. Tác động bằng khí nén: TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trực tiếp bằng dòng khí nén vào Trực tiếp bằng dòng khí nén ra Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với đường kính 2 đầu nòng van khác nhau Gián tiếp bằng dòng khí nén ra qua van phụ trợ Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 8 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC c. Tác động bằng cơ: TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Đầu dò Cữ chặn bằng con lăn , tác động 2 chiều Cữ chặn bằng con lăn , tác động 1 chiều Lò xo Nút nhấn có rãnh đònh vò d. Tác động bằng nam châm điện: TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trực tiếp Bằng nam châm điện và van phụ trợ Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể 3) Van đảo chiều có vò trí ‘không’: Van đảo chiều có vò trí ‘không’ là loại van tác động bằng cơ – lò xo và ký hiệu lò xo nằm ngay vò trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van. Tác động lên phía đối diện nòng van là tín hiệu tác động bằng cơ, khí nén hay bằng điện. Khi chưa có tín hiệu tác động, vò trí của các cửa nối được biểu diễn trong ô vuông phía bên phải đối với van đảo chiều 2 vò trí. Còn đối với van đảo chiều 3 vò trí thì vò trí ‘không’ nằm ở giữa. Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 9 * Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện: Van có 2 cửa P và R, 2 vò trí 0 và 1. Tại vò trí 0, cửa P và R bò chặn. Khi cuộn Y có điện, từ vò trí 0 van chuyển sang vò trí 1, cửa P nối với cửa R. Khi cuộn Y mất điện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vò trí ban đầu. 4) Van đảo chiều không có vò trí ‘không’: Khi không có tín hiệu tác động lên đầu nòng van nữa, thì vò trí của van vẫn được giữ nguyên đợi tín hiệu tác động từ phía nòng van đối diện. Vò trí tác động kí hiệu a , b, c, … Tín hiệu tác động có thể là: _ tác động bằng tay hay bàn đạp. _ tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay ra từ 2 phía nòng van _ tác động trực tiềp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ. Ví dụ: Van trượt đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện. Khi cuộn Y1 có điện thì cửa P nối với cửa A, cửa R bò chặn. Khi cuộn Y2 có điện thì cửa A nối với cửa R còn cửa P bò chặn. III. Van chắn: Van chắn là loại van chỉ cho dòng khí nén đi qua một chiều, chiều còn lại bò chặn. Van chắn gồm có các loại sau: _ Van 1 chiều _ Van Logic (OR , AND ) _ Van xả khí nhanh Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 10 A R 1 0 P Y R a b P Y1 Y2 [...]... hàm điều khiển, ta sử dụng các van chức năng cũng như van logic để thành lập mạch điều khiển cho cơ cấp chấp hành Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 19 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC CHƯƠNG III GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN - KHÍ NÉN KẾT HP PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 20 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC. .. án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC II CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN: 1) Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện: TÊN THIẾT BỊ Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện và lò xo KÝ HIỆU Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện cả hai phía Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén Van đảo chiều điều khiển gián tiếp... trong mạch điều khiển và nam châm điện của van đảo chiều hoặc rơle áp suất điện trong mạch khí nén 2) Sơ đồ mạch điện điều khiển: Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 25 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 2 1 Mạch điều khiển điện - khí nén với một xi lanh: a/ Đối với những mạch khí nén sử dụng van điện từ không có vò trí ‘không’, ta sử dụng mạch điều khiển với... động thì cuộn K1 có điện 2 2 Mạch điều khiển điện - khí nén với nhiều xi lanh: Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 26 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Đối với mạch điện khí nén có từ 2 xilanh trở lên, người ta thường sử dụng mạch điều khiển theo nhòp Các bước thực hiện xảy ra tuần tự Có nghóa là khi các lệnh trong một nhòp thực hiện xong thì sẽ báo cho nhòp... hiệu quang từ bộ phận phát gửi về điều khiển Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH Fe 24 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 3) Phần tử chuyển đổi tín hiệu: Phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén – điện: Nguyên lý họat động của phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén điện: áp suất p vào cửa Z sẽ điều khiển đóng mở công tắc để điều khiển tiếp điểm 1 nối với tiếp điểm... CHÁNH 27 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Đường nằm ngang bên trên của phần mạch điện đặc trưng cho cực 24VDC được đánh số từ trái sang phải cho các điểm nối • Sự giao tiếp giữa các phần mạch điện và phần mạch khí nén được thể hiện ở các phần tử chung như các cuộn dây điện từ, các công tắc hành trình IV ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN: 1) Giới thiệu: Thành... với từng bước là các biến tác động Từ đó ta xây dựng các hàm chuyển động của cơ cấu chấp hành Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 18 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Ví dụ : a2 2 3 4  1   5≡1 A B a1  b2 b1  +A a1 b1    +B a2 b1 -B a2 b2  -A a2  b1 3) Thiết lập phương trình logic và các điều kiện thực hiện: Sau khi đã liệt kê các biến, ta viết... Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc thời gian hành trình Hành trình làm việc được chia thành các bước Sự thay đổi trạng thái trong các bước thực hiện biểu diễn bằng nét đậm Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng các đường nét nhỏ Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 14 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Ký hiệu biểu diễn trong biểu... van, thực hiện chức năng điều khiển III THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN: 1) Nguyên tắc thiết kế: Một sơ đồ điều khiển điện - khí nén bao gồm 2 phần: _ Sơ đồ mạch điện điều khiển _ Sơ đồ mạch khí nén Khi biểu diễn trên sơ đồ mạch điện điều khiển, các phần tử phải ở trạng thái chưa có tín hiệu tác động vào • Sự liên hệ giữa 2 sơ đồ: Trên sơ đồ mạch điện và sơ đồ mạch khí nén được ghi chú bằng các. .. B Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Có mối nối ren: Không có mối nối ren: Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay: Nguyên lý hoạt động tương tự như van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay, tuy nhiên dòng khí nén chỉ có thể đi một chiều từ A qua B , chiều ngược lại bò chặn Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn: Dòng khí nén chỉ có thể đi một . Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC CHƯƠNG I DẪN NHẬP Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 1 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài. theo các dạng bài tập thí nghiệm. Các bài thí Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 2 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển