Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén trong công nghiệp - Chương 5: Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy - khí - Tôn Thất Đồng

Nội dung text: Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén trong công nghiệp - Chương 5: Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy - khí - Tôn Thất Đồng

1. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ 1
2. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 2
3. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ Nội dung 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.1. Mô tả tóm tắt công nghệ 5.1.2. Biểu đồ trạng thái 5.1.3. Sơ đồ khối chức năng 5.1.4. Sơ đồ mạch thủy lực-khí nén 5.1.5. Sơ đồ mạch điện-thủy-khí 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.1. Tiến trình xây dựng mạch điều khiển thủy-khí 5.2.2. Điều khiển bằng tay 5.2.3. Điều khiển tùy động theo thời gian 5.2.4. Điều khiển tùy động theo hành trình 5.2.5. Điều khiển theo tầng 5.2.6. Điều khiển theo nhịp GV. TÔN THẤT ĐỒNG 3
4. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ Nội dung 5.3. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – thủy lực và điện – khí nén 5.3.1. Tiến trình xây dựng mạch điều khiển điện-thủy-khí 5.3.2. Mạch điều khiển với tiếp điểm tự duy trì 5.3.3. Điều khiển tùy động theo hành trình 5.3.4. Mạch điều khiển có thời gian trễ 5.3.5. Mạch điều khiển theo nhịp GV. TÔN THẤT ĐỒNG 4
5. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển Trong hệ thống thủy-khí có quy trình làm việc phức tạp, nhiều thiết bị và hoạt động tương tác giữa các phần tử Do đó khó khăn cho tóm tắt quá trình và phân tích hệ thống điều khiển. Để đơn giản việc biểu diễn tóm tắt quy trình làm việc, phân tích chức năng của quá trình điều khiển cần dùng một số dạng sơ đồ, biểu đồ để biểu diễn. 5.1.1. Mô tả tóm tắt công nghệ - Mỗi phần tử và thiết bị được gán tên ký hiệu (đặt tên): A, B, C, 1S1, 1S2, 2V1, 1.0, 1.1, 2.0 - Quan tâm chủ yếu hoạt động của cơ cấu chấp hành. Ứng với chuyển động tiến (đẩy ra) của xy lanh được mô tả bằng dấu “+”. Ngược lại chuyển động lùi được mô tả bằng dấu “–“. Các dấu này đặt nằm kề phía sau ký hiệu tên gán của thiết bị. - Phân biệt các giai đoạn làm việc bằng dấu “,” . Ví dụ: A+, B+, A-B- → gđ1:XL A tiến, gđ2: XL B tiến, gđ3: XL A và B cùng lùi về. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 5
6. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.2. Biểu đồ trạng thái Biểu đồ trạng trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Cách biểu diễn: - Trục tọa độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, áp suất, góc quay ). - Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc là thời gian hành trình. - Hành trình làm việc được chia làm các bước. Sự thay đổi trạng thái trong các bước được biểu diễn bằng đường đậm. Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng đường nét mãnh và chiều tác động được biểu diễn bằng mũi tên. - Trong mỗi cơ cấu chấp hành, nét liền mảnh phía trên biểu thị cho vị trí của cơ cấu chấp hành ở vị trí ngoài cùng (ký hiệu: “+” hoặc “1” hoặc “tên công tắc hành trình”), và đường liền mảnh ở phía dưới biểu thị cho cơ cấu chấp hành ở vị trí trong cùng (ký hiệu: “-” hoặc “0” hoặc “tên công tắc hành trình”). GV. TÔN THẤT ĐỒNG 6
7. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.2. Biểu đồ trạng thái Ví dụ 1: Vẽ biểu đồ trạng thái mô tả quy trình làm việc A+, A-B+, B- Khi: A1 tỳ Có 3 bước → XLB tiến & 2 4≡1 làm việc XLA lùi A1 1 3 Xy lanh A A0 Khi: Khi: A0 tỳ & B1 tỳ ấn nút & B0 tỳ → XLA lùi → XLA tiến B1 Xy lanh B B0 GV. TÔN THẤT ĐỒNG 7
8. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.2. Biểu đồ trạng thái Ví dụ 2: Vẽ biểu đồ trạng thái mô tả quá trình làm việc của mạch khí nén bên: GV. TÔN THẤT ĐỒNG 8
9. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.3. Sơ đồ khối chức năng - Sơ đồ chức năng biểu diễn các bước thực hiện và các trạng thái tác động. Các bước thực hiện được ký hiệu theo số thứ tự và các trạng thái tác động gồm điều kiện chuyển trạng thái, tác động điều khiển và trạng thái thực hiện. - Đặc điểm của sơ đồ: + Hoạt động theo một tuần tự hoặc nhiều tuần tự. + Trong mỗi tuần tự có nhiều buớc, mỗi một bước thể hiện một trạng thái tác động. + Giữa các bước là các điều kiện chuyển trạng thái. - Các phần tử cơ bản trong sơ đồ và cách thể hiện: + Bước: Bước được đánh theo số thứ tự từ 0 n. Riêng bước 0 quy định là bước ban đầu tương ứng là trạng thái đầu sẵn sàn làm việc. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 9
10. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.3. Sơ đồ khối chức năng + Trạng thái tác động: Thể hiện một trạng thái được thực hiện tương ứng với điều kiện của bước đó được thỏa mãn (tích cực). + Điều kiện chuyển trạng thái: biểu diễn dưới dạng biểu thức lôgíc của các tín hiệu vào; được viết ngay bên nét gạch cắt ngang đường nối giữa các bước trên sơ đồ. + Các liên hệ có hướng: Được thể hiện bằng đường mũi tên trên sơ đồ - Quy tắc vận động của sơ đồ: + Chuyển trạng thái: Hệ thống chuyển tư bước này sang bước khác khi thoả mãn đồng thời 2 yếu tố: Bước trước đó đang thực hiện (tích cực) và điều kiện chuyển trạng thái được thỏa mãn (tích cực). + Mỗi thời điểm chỉ thực hiện một trạng thái duy nhất trong sơ đồ theo hướng tiến triển. Khi một trạng thái tác động mới được tích cưc thì trạng thái bước trước hết tích cực. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 10
11. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.3. Sơ đồ khối chức năng Ví dụ: Biểu diễn chức năng điều khiển của chu trình A+, A-B+, B- GV. TÔN THẤT ĐỒNG 11
12. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.4. Sơ đồ mạch thủy lực-khí nén Sơ đồ biểu diễn liên hệ tương tác giữa các phần tử với nhau trong hệ thống điều khiển thủy lực – khí nén, biểu diễn theo hệ thống ký hiệu tiêu chuẩn. Qua sơ đồ này, thấy rõ diễn biến tương tác và hoạt động của hệ thống thủy-khí. Quy cách thể hiện sơ đồ mạch: - Trong sơ đồ mạch khí nén, dòng khí nén đi từ phía dưới lên trên và trình thực hiện từ trái sang phải. Do đó, thông thường phần tử nguồn nằm ở góc trái phía dưới; các cơ cấu chấp hành được đặt ở phía trên cùng; các phần tử điều khiển được đặt ngay phía dưới xy lanh tương ứng. - Các phần tử thuộc mạch động lực nằm phía trên, còn các phần tử thuộc mạch điều khiển nằm bên dưới. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 12
13. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ Quy cách vẽ sơ đồ mạch thủy lực-khí nén GV. TÔN THẤT ĐỒNG 13
14. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.1. Biểu diễn chức năng các quá trình công nghệ và điều khiển 5.1.5. Sơ đồ mạch điện - thủy lực-khí nén Sơ đồ biểu diễn liên hệ tương tác giữa hai phần: Phần động lực: sơ đồ mạch thủy lực – khí nén truyền động Phần điều khiển: sơ đồ mạch điện điều khiển GV. TÔN THẤT ĐỒNG 14
15. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.1. Tiến trình xây dựng mạch điều khiển thủy-khí • Phân tích yêu cầu công nghệ: xác định quy trình làm việc, tín hiệu 1 vào, tín hiệu điều khiển, cơ cấu chấp hành • Xây dựng sơ đồ bước dịch chuyển 2 • Phân tích xác định phương pháp điều khiển 3 • Xây dựng sơ đồ khối chức năng: dựa vào kết quả B3 4 • Xây dựng mạch khi nén động lực: dựa vào đặc điểm điều khiển của 5 công nghệ để chọn cơ cấu chấp hành và phần tử điều khiển phù hợp. • Xây dựng mạch thủy khí điều khiển: dựa vào quy trình điều khiển 6 theo sơ đồ khối chức năng. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 15
16. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.2. Điều khiển bằng tay Điều khiển bằng tay được ứng dụng phần lớn ở những mạch điều khiển đơn giản, ví dụ như các đồ gá kẹp chi tiết. Điều khiển trực tiếp Điều khiển gián tiếp GV. TÔN THẤT ĐỒNG 16
17. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.3. Điều khiển tùy động theo thời gian Điều khiển theo thời gian là trạng thái điều khiển của hệ thống tác động chỉ phụ thuộc vào đại lượng thời gian của các phần tử định thời. Các phần tử định thời có thể là khí nén hoặc thủy lực. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 17
18. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.3. Điều khiển tùy động theo thời gian Điều khiển theo thời gian là trạng thái điều khiển của hệ thống tác động chỉ phụ thuộc vào đại lượng thời gian của các phần tử định thời. Các phần tử định thời có thể là khí nén hoặc thủy lực. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 18
19. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.4. Điều khiển tùy động theo hành trình Cơ sở điều khiển tùy động theo hành trình là hoạt động của các phần tử nhận tín hiệu vị trí (hành tình) sẽ khởi động các cơ cấu chuyểu hướng hay vận hành các vòng lặp điều khiển khác. Các phần tử nhận tín hiệu này là công tắc hành trình đặt tại các vị trí trên hành trình di chuyển của xy lanh, thông thường là điểm đầu hoặc cuối. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 19
20. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.4. Điều khiển tùy động theo hành trình Sơ đồ ví dụ về điều khiển tùy động theo hành trình GV. TÔN THẤT ĐỒNG 20
21. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.4. Điều khiển tùy động theo hành trình Điều khiển tùy động theo hành trình có phần tử thời gian giới hạn GV. TÔN THẤT ĐỒNG 21
22. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.5. Điều khiển theo chương trình bằng cơ cấu chuyển mạch Được thực hiện bời các loại cam lắp trên trục phân phối. Vị trí của cam tác động lên nòng van, để thay đồi vị trí của các van đảo chiều. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 22
23. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.6. Điều khiển theo tầng Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển theo tầng là chia các bước thực hiện có cùng chức năng thành từng tầng riêng biệt. Phần tử cơ bản của điều khiển theo tầng là phần tử nhớ - van đảo chiều 4/2 hoặc 5/2. Điều khiển theo tầng là bước hoàn thiện của điều khiển tùy động theo hành trình. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 23
24. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.6. Điều khiển theo tầng Ví dụ: cấu trúc mạch điều khiển 4 tầng T1, T2, T3, T4: tín hiệu điều khiển vào các tầng. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 24
25. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.7. Điều khiển theo nhịp - Cấu tạo khối của nhịp điều khiển gồm có 3 phần tử là: phần tử AND, phần tử nhớ và phần tử OR. - Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là: các bước thực hiện lệnh xảy ra tuần tự. Có nghĩa là khi các lệnh trong nhịp một thực hiện xong, thì sẽ thông báo cho nhịp tiếp theo, đồng thời sẽ xóa lệnh nhịp thực hiện trước đó. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 25
26. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.2. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển thủy – khí 5.2.7. Điều khiển theo nhịp Khối của nhịp điều khiển gồm các chức năng: - Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo. - Xoá lệnh của nhịp trước đó. - Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển. GV. TÔN THẤT ĐỒNG 26
27. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.3. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – thủy lực và điện – khí nén 5.3.1. Tiến trình xây dựng mạch điều khiển điện-thủy-khí • Phân tích yêu cầu công nghệ: xác định quy trình làm việc, tín hiệu 1 vào, tín hiệu điều khiển, cơ cấu chấp hành Xây dựng sơ đồ bước dịch chuyển 2 Phân tích xác định phương pháp điều khiển • Xây dựng sơ đồ chức năng công nghệ: xác định trình tự các trạng 3 thái làm việc của cơ cấu chấp hành. tương ứng. • Xây dựng mạch khi nén động lực: dựa vào kết quả bước 3 và yêu 4 cầu công nghệ lựa chọn cơ cấu chấp hành và van điện từ phù hợp. • Xây dựng sơ đồ chức năng điều khiển: dựa vào phương án điều 5 khiển đã chọn và yêu cầu điều khiển của công nghệ. • Xây dựng mạch điện điều khiển: Dựa vào sơ đồ chức năng điều 6 khiển GV. TÔN THẤT ĐỒNG 27
28. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.3. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – thủy lực và điện – khí nén 5.3.2. Mạch điều khiển với tiếp điểm tự duy trì GV. TÔN THẤT ĐỒNG 28
29. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.3. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – thủy lực và điện – khí nén 5.3.3. Điều khiển tùy động theo hành trình GV. TÔN THẤT ĐỒNG 29
30. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.3. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – thủy lực và điện – khí nén 5.3.4. Mạch điều khiển có thời gian trễ t=3s GV. TÔN THẤT ĐỒNG 30
31. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.3. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – thủy lực và điện – khí nén 5.3.4. Mạch điều khiển có thời gian trễ GV. TÔN THẤT ĐỒNG 31
32. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ 5.3. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện – thủy lực và điện – khí nén 5.3.5. Mạch điều khiển theo nhịp GV. TÔN THẤT ĐỒNG 32