Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC CHƯƠNG I DẪN NHẬP 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. Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 1 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 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 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. Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 2 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 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. Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 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 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 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) Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 5 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC • 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 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… Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 6 a o b ba Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Cửa nối tín hiệu điều khiển 12 , 14… X , Y … 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 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 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 Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 8 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 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 9 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 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 10 * [...]... boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 15 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Trong đó : F : lực hút chân không (N) D : Đường kính đóa hút (m) Pa : áp suất không khí ở đktc (N/m2) Pu : áp suất không khí tại cửa U (N/m2) Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 16 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC VI Cảm biến bằng tia: Cảm biến bằng tia thuộc... quang từ bộ phận phát gửi về điều khiển Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 4 S 1 b 4 B 1 Fe 30 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 31 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... boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 27 Đồ 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. .. boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 18 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 19 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Phần tử thời gian t Tín hiệu rẽ nhánh • • Liên kết OR • Liên kết AND Phần tử tín hiệu tác động bằng cơ S3 Liên kết OR có một nhánh phủ đònh • C Cơ cấu chấp hành: I Yêu cầu:... tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 2) Thiết lập biểu đồ trạng thái: Dựa vào biểu đồ trạng thái ta sẽ liệt kê các bước thực hiện và ứng với từng bước là các biến tác động Từ đó ta xây dựng các hàm chuyển động của cơ cấu chấp hành Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 24 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Ví dụ : a2.. .Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 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 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 11 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: 1 0 R Y... biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm hoàn toàn tương tự như trong kỹ thuật số Sau khi đã có 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 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 25 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 I KHÁI NIỆM: Điều khiển. .. 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: Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 32 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Trên sơ đồ mạch điện và sơ đồ mạch khí nén được ghi chú bằng các ký hiệu số tương ứng của rơle trong mạch điều khiển và nam châm điện của van đảo... boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 22 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Ký hiệu: a b a Động cơ quay một chiều b Động cơ quay hai chiều Động cơ khí nén trong thực tế có các loại sau đây: _ Động cơ bánh răng _ Động cơ trục vít _ Động cơ cánh gạt _ Động cơ piston hướng kính _ Động cơ dọc trục _ Động cơ tuabin _ Động cơ màng THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN BẰNG BIỂU ĐỒ KARNAUGH: Đối với... vít điều chỉnh làm thay đổi tiết diện của khe hở KÍ HIỆU A Ký hiệu chung: A B • • Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com A • • B• 13 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 . 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 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 4 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài. dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 19 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Phần tử thời. kết hợp điều khiển bằng PLC Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2 Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 8 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 2)