Tài liệu Giáo trình điều khiển điện- khí nén - Nguyễn Đỗ Công Hiến

Trường Trung Cấp KTNV Cái Bè
Khoa Kỹ Thuật – Nghiệp Vụ
Giáo trình điều khiển điện- khí nén - Nguyễn Đỗ Công Hiến

MỤC LỤC
PHẦN I: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN- KHÍ NÉN 7
BÀI 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỆN- KHÍ NÉN 7
1. Lịch sử phát triển và những đặc trưng của hệ thống điều khiển khí nén. 7
1.1. Vài nét về sự phát triển. 7
1.2. Những đặc trưng của khí nén 8
1.3. Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. 8
1.3.1. Ưu điểm: 8
1.3.2. Nhược điểm: 8
2.Đơn vị đo trong hệ thống điều khiển 9
2.1. Áp suất 9
2.2. Lực. 9
2.3. Công. 9
2.4. Công suất 9
2.5. Độ nhớt động. 9
3. Một số định luật cơ bản sử dụng trong hệ thống khí nén 10
3.1. Thành phần hóa học của khí nén. 10
3.2. Phương trình trạng thái nhiệt động học. 11
4. Khả năng ứng dụng của khí nén. 12
4.1. Trong lĩnh vực điều khiển. 12
4.2. Hệ thống truyền động. 12
BÀI 2: MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN 14
1. Máy nén khí và hệ thống khí nén. 15
1.1. Khái quát chung. 15
1.2. Máy nén khí. 16
1.2.1. Nguyên lý hoạt động và phân loại máy nén khí 16
1.2.2. Máy nén khí kiểu pittông. 17
1.2.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt. 20
1.2.4. Máy nén khí kiểu trục vít. 22
1.2.5. Máy nén khí kiểu Root. 25
1.2.6. Máy nén khí kiểu ly tâm. 25
1.3. Hệ thống khí nén 27
2. Thiết bị xử lý khí nén. 28
2.1. Yêu cầu về khí nén 28
2.2. Các phương pháp xử lý khí nén 29
2.3. Bộ lọc. 32
BÀI 3: HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHÂN PHỐI KHÍ NÉN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 35
1. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén. 35
1.1 Yêu cầu 35
1.2. Bình trích chứa khí nén 36
1.3. Mạng đường ống dẫn khí nén 36
2. Cơ cấu chấp hành. 38
2.1. Khái niệm . 38
2.2. Xy lanh 38
2.2.1 Xy lanh tác động đơn ( xylanh tác động môt chiều). 38
2.2.2. Xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh tác động kép). 39
2.3. Động cơ khí nén 40
2.3.1. Khái niệm chung. 40
2.3.2. Động cơ bánh răng. 40
2.3.3. Động cơ trục vít 41
2.3.4. Động cơ cánh gạt 41
2.3.5. Động cơ Tuốcbin. 42
BÀI 4: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 43
1. Khái niệm 43
2. Các phần tử khí nén. 44
2.1. Van đảo chiều 44
2.1.1. Nguyên lí hoạt động. 44
2.1.2. Ký hiệu van đảo chiều. 44
2.1.3. Tín hiệu tác động. 46
2.1.4. Van đảo chiều có vị trí “ không”. 48
2.1.5. Van đảo chiều không có vị trí “ không”. 53
2.2. Van chặn 56
2.2. Van chặn 56
2.2.1. Van một chiều. 56
2.2.2. Van logic OR 56
2.2.3. Van lôgic AND 57
2.2.4. Van xả khí nhanh. 57
2.3. Van tiết lưu 58
2.3.1. Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi được. 58
2.3.2. Van tiết lưu có tiết diện điều chỉnh được. 58
2.3.3. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay. 58
2.4. Van áp suất. 59
2.4.1. Van an toàn. 60
2.4.2. Van tràn. 60
2.4.3. Van điều chỉnh áp suất 60
2.4.4.Rơ le áp suất 62
2.5.Van điều chỉnh thời gian 63
2.5.1. Van điều chỉnh thời gian đóng chậm 63
2.5.2. Rơ le thời gian ngắt chậm 63
2.6. Cảm biến bằng tia. 64
2.6.1. Cảm biến bằng tia rẽ nhánh. 64
2.6.2. Cảm biến bằng tia phản hồi 65
2.6.3. Cảm biến bằng tia qua khe hở. 66
3. Các phần tử điện, điện- khí nén. 66
3.1. Các phần tử điện 66
3.1.1. Công tắc. 66
3.1.2. Nút ấn. 67
3.1.3. Rơle. 68
3.1.4.Cảm biến. 71
3.2. Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện 75
BÀI 5: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN BẰNG KHÍ NÉN 77
1. Khái niệm cơ bản. 77
2. Phần tử mạch lôgic. 78
2.1. Phần tử lôgic NOT (Phủ định). 78
2.2. Phần tử lôgic AND ( và ). 78
2.3. Phần tử NAND (và- không). 78
2.4. Phần tử OR (hoặc). 79
2.5. Phần tử NOR (hoặc - không). 79
3. Biểu diễn phần tử lôgic của khí nén. 80
3.1. Phần tử NOT (phủ định). 80
3.2. Phần tử AND (và). 80
3.3. Phần tử NAND 81
3.4. Phần tử OR 81
3.5. Phần tử NOR 82
BÀI 6: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 83
1. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển. 83
1.1. Biểu đồ trạng thái. 83
1.2. Sơ đồ chức năng. 86
1.3. Lưu đồ tiến trình 91
2. Các phương pháp điều khiển. 93
2.1. Điều khiển bằng tay 93
2.2. Điều khiển tùy động theo thời gian 96
2.3. Điều khiển tùy động theo hành trình 99
2.4. Điều khiển theo tầng. 106
2.5. Điều khiển theo nhịp 112
3. Thiết kế điều khiển điện- khí nén. 118
3.1. Nguyên tắc thiết kế:. 118
3.2. Các phương pháp điều khiển 120
3.2.1. Mạch điều khiển theo nhịp. 120
3.2.1. Điều khiển theo tầng: 122
PHẦN II: CÁC BÀI TẬP ỨNG DỤNG 129
PHẦN III: CÀI ĐẶT PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN 153
1. Giới thiệu chung: 153
2. Cài đặt phần mềm festo fluidsim 3.6. 154

PHẦN I: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN- KHÍ NÉNBÀI 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỆN- KHÍ NÉN1. Lịch sử phát triển và những đặc trưng của hệ thống điều khiển khí nén.1.1. Vài nét về sự phát triển. Ứng dụng của khí nén đã có từ thời kỳ trước công nguyên, tuy nhiên sự phát triển khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu . còn thiếu. Cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế.
Mãi đến thế kỷ 17, nhà kỹ sư chế tạo người Đức Guerike, nhà toán học và nhà triết học người Pháp Pascal, cùng nhà vật lý người Pháp Papin đã xây dựng nên nền tảng cơ bản ứng dụng của khí nén.
Trong thế kỷ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt ra được phát minh: thư vận chuyển trong ống bằng khí nén (1835), Phanh bằng khí nén(1880), búa tán đinh bằng khí nén (1861). Trong lĩnh vực xây dựng đường hầm xuyên dãy núi Alpes ở Thụy sĩ (1857) lần đầu tiên người ta sử dụng khí nén với công suất lớn. Vào những năm 70 của thế kỷ thứ 19 xuất hiện ở Pari một trung tâm sử dụng năng lượng khí nén với công suất lớn 7350KW. Khí nén được vận chuyển tới nơi tiêu thụ trong đường ống với đường kính 500mm và chiều dài km. Tại nơi đó khí nén được nung nóng lên tới nhiệt độ từ 50[SUP]0[/SUP]C đến 150[SUP]0[/SUP]C để tăng công suất truyền động động cơ, các thiết bị búa hơi
Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện, vai trò sử dụng năng lượng bằng khí nén bị giảm dần. Tuy nhiên việc sử dụng năng lượng khí nén vẫn đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng năng lương điện sẽ nguy hiểm, sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhưng truyền động với vận tốc lớn, sử dụng năng lượng khí nén ở những thiết bị như búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh . Và nhiều dụng cụ khác như đò gá kẹp chi tiết.
Sau chiến tranh thế giới thứ 2, việc ứng dụng năng lượng khí nén trong kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ. Với những dụng cụ , thiết bị, phần tử khí nén mới được sáng chế và được ứng dụng trong những lĩnh vực khác nhau, sự kết hợp của nguồn năng lượng khí nén với điện – điện tử là nhân tố quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển trong tương lai. Hãng FESTO (Đức) có những chương trình pahts triển hệ thống điều khiển bằng khí nén rất đa dạng, không những phục vụ cho công nghiệp mà còn phục vụ cho sự phát triển các phương tiện dạy học (Didactic).