TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ GIA LAI O0O CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN Ho Chi Minh city, September 2010 Mục đích mơn học  Hiểu chức năng, ngun lý làm việc phần tử khí nén, điện -khí nén, thủy lực, điện thủy lực  Có kiện thức để thiết kế mạch điều khiển khí nén, điện khí nén, thủy lực, điện thủy lực  Đọc phân tích hệ thống điều khiển khí nén, thủy lực, điện thủy lực thực tế  Phát lỗi cúa phần tử hệ thống, sữa chữa bảo dưỡng hệ thống Tài liệu tham khảo  Tài liệu tham khảo chính: [1] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén, NXB Giáo dục, 1999 [2] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển thủy lực, NXB Giáo dục, 2000  Các tài liệu khác [1] Andrew A Parr, Hydraulics and Pneumatics, Elsevier Science & Technology Books CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 1.1 Tổng quan 1.1.1 Lòch sử 1.1.2 Ứng dụng 1.1.3 Ưu nhược điểm 1.2 Cơ sở lý thuyết 1.2.1 Đơn vò sử dụng 1.2.2 Áp suất 1.2.3 Lực 1.2.4 Lưu lượng 1.2.5 Các đònh luật khí 1.3 Cấu trúc HT điều khiển tự động khí nén 1.4 Các phương pháp điều khiển tự động HT khí nén TỔNG QUAN  Khí nén phần lưu chất với không khí loại khí khác nén lại Pneumatics: xuất phát từ tiếng Hy Lạp Pneuma có nghóa khí, gió thở  Điều khiển khí nén thiết kế với mục đích hướng dòng chảy khí nén theo mạch để điều khiển cấu chấp hành  Các dòng chảy dạng lượng khí nén điều khiển cấu chấp hành thực chuyển động tònh tiến hay quay LỊCH SỬ  Cuối kỷ XVII, Torricelli, Mariotte sau Bernoulli tiến hành nghiên cứu lý thuyết ứng dụng liên quan đến áp suất lực từ lỗ thùng chứa nước đường dẫn Blaise Pascal đưa đònh luật tảng khoa học thủy lực  Cuối năm 1930 đặc biệt khoảng thời gian chiến tranh TG thứ II, hệ thống điều khiển lưu chất sử dụng rộng rãi phát triển mạnh, ứng dụng rộng rãi máy móc sản xuất  Vào năm 1951 ứng dụng công nghiệp tăng nhanh, hội nghò tổ chức Detrit, Michigan với mục đích hình thành nên tiêu chuẩn cho thiết bò khí nén thủy lực  Vào năm 1966, hệ thống ký hiệu đưa Viện tiêu chuẩn Hoa Kỳ (United States America Standards Institute) Khi sử dụng ký hiệu này, người bảo trì dễ dàng thay sửa chữa thiết bò hệ thống, dễ dàng phán đoán lỗi hư hỏng hệ thống cách tham khảo catalogue nhà sản xuất ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN  Có thể sử dụng môi trường khắc nghiệt, lónh vực nguy hiểm  Sản xuất, lắp ráp thiết bò điện tử & chế biến thực phẩm điều kiện vệ sinh môi trường tốt độ an toàn cao  Các dây chuyền tự động: đóng gói, vận chuyển, cấp phôi, gá đặt… sản xuất dược phẩm, hoá chất, nước giải khát,… ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN Máy cắt giấy hệ thống cấp dung dòch vào chai hệ thống khí nén CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ  Đònh luật khí lý tưởng: Biểu diễn mối liên hệ áp suất, thể tích nhiệt độ Khi áp dụng đònh luật sử dụng áp suất nhiệt độ tuyệt đối PV 1T2 = PV 2T1 V = const T Đẳng áp : Đẳng tích : P T Đẳng nhiệt : = const P.V = const CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐẲNG NHIỆT P (bar) (bar) PP(bar) 16 16 16 14 14 14 12 12 12 10 10 10 Đònh luật Boyle-: Tích áp suất tuyệt đối thể tích khối khí số nhiệt độ khí không thay đổi 88 66 44 22 00 00 22 44 66 10 12 14 10 12 12 14 14 16 16 V 88 10 16 VV Volume V Biểu đồ đẳng nhiệt P1.V1 P2.V2 constant P1.V1 == = P2.V2 P2.V2 == = constant constant P1.V1 CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐẲNG TÍCH Nhiệt Nhiệt độ Nhiệtđộ độ Celsius Celsius 100 80 60 40 40 20 666 -20 -60 10 10 10 444 12 12 12 222 14 14 14 000 -40 -40 888 bar bar bar 16 16 16 P(bar) (bar) PP P (bar) (bar) 55 10 15 15 20 P1 P2 = =c T1(K) T2(K)  Từ đònh luật Boyle Charles nhận thấy thể tích khối khí giữ giá trò không đổi áp suất tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối 0K  Đònh luật Gay-Lussac: Áp suất tuyệt đối khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (thể tích khí không đổi V = const)  00C = 2730K CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐẲNG ÁP Nhiệt (Celsius) Nhiệt độ độ (Celsius) 100 366.25K 80 60 40 293K 293K 20 -20 -40 -60 Đònh luật Charles: Với khối khí áp suất không đổi thể tích tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Như theo đònh luật Charles: Thể tích khí bình chứa thay đổi tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (áp suất không thay đổi ) 219.75K 219.75K 0.25 0.5 0.5 0.75 0.75 0.25 1.25 1.5 1.5 1.75 1.75 1.25 V Volume Biểu đồ đẳng áp V2 V1 =c = T2(K) T1(K) CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ ĐỊNH LUẬT KHÍ TỔNG QUÁT Đònh luật khí tổng quát kết hợp đònh luật Boyle Charles với áp suất, thể tích nhiệt độ thay đổi trạng thái khí chúng có mối liên hệ với giá trò số P1.V1 P2 V2 = = const T1 T2 Biểu đồ biểu diễn đònh luật khí tổng quát CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHÍ NÉN Sơ đồ cấu tạo chức hệ thống điều khiển khí nén- điện CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN • Các thiết bò xử lý, điều khiển, • Thông tin điều khiển, • Cơ cấu chấp hành Đều dựa thông tin dòng khí nén để thực chuyển động thích hợp theo yêu cầu Các loại mạch điều khiển hành trình: • Mạch điều khiển • Mạch điều khiển theo tầng • Mạch điều khiển theo nhòp CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN • Sử dụng van điện từ (solenoid) để điều khiển chuyển động cấu chấp hành khí nén • Cơ sở thiết kế mạch điều khiển hành trình vò trí phần tử đưa tín hiệu vào (công tắc, cảm biến ) Các loại mạch điều khiển hành trình: • Mạch điều khiển • Mạch điều khiển theo tầng • Mạch điều khiển theo nhòp CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN Cơ cấu chấp hành Phần tử điều khiển Sơ đồ mạch điều khiển khí nén van điện từ (solenoid) Nhận tín hiệu & xử lý tín hiệu phần tử đưa tín hiệu vào (công tắc, cảm biến ) Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC     Ngun lý hệ điều khiển chương trình có nhớ PLC: PLC kết hợp phương thức điều khiển sau: Logic (lý thuyết đại số Boole) Phương pháp đếm kỹ thuật Rơle thời gian Các nhớ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG IC SỐ  Hệ thống rơle thay IC số với kích thước nhỏ giá thành rẻ Các IC số mạch tích hợp với cổng logic để thực chức hệ thống điều khiển CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC     Ngun lý hệ điều khiển chương trình có nhớ PLC: PLC kết hợp phương thức điều khiển sau: Logic (lý thuyết đại số Boole) Phương pháp đếm kỹ thuật Rơle thời gian Các nhớ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BẰNG MAY TÍNH    Hệ thống máy tính ghép nối với hệ thống điều khiển có độ xác cao, thời gian điều khiển đáp ứng ngắn dễ dàng việc thu thập xử lý liệu Sử dụng IC số hay vi điều khiển ghép nối với máy tính, Cần soạn thảo chương trình để điều khiển với ngơn ngữ lập trình với liệu kiện đề  http://www.festo-didactic.com/int-en /  http://www.norgren.com/  http://www.pneumatica.be/pneumatic s/index.htm