III. Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén 3.1. Khái niệm về kỹ thuật điều khiển: "Điều khiển" là một quá trình của một "hệ thống", trong đó 1 hay nhiều đại lợng vào (tín hiệu vào) sẽ làm ảnh hởng đến 1 hay nhiều đại lợng ra (tín hiệu ra). Tín hiệu vào Điều khiển Tín hiệu ra X E1 X S1 X E2 X S2 X E3 Một hệ thống điều khiển hở có thể biểu diễn nh sau: Tín hiệu nhiễu X 1 Dòng năng lợng Tín hiệu điều khiển Tiến trình điều khiển Đại lợng điều chỉnh Z Tín hiệu vào X 1 Hệ thống Đ ối tợng điều khiển (ĐTĐK) T hiết bị điều khiển (TBĐK) 3.2. Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén 3.2.1. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển Trong một hệ thống điều khiển gồm nhiều mạch điều khiển. Hơn nữa trong quá trình điều khiển, nhiều hệ thống điều khiển đợc kết hợp với nhau, ví dụ : điều khiển bằng khí nén kết hợp với điện, thủy lực Để đơn giản quá trình điều khiển, phần tiếp theo sẽ trình bày cách biểu diễn các chức năng của quá trình điều khiển theo tiêu chuẩn của Cộng hòa Liên bang Đức 3.2.2. Thiết kế biểu đồ trạng thái Biểu đồ 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. - 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 bớc thực hiện hoặc là thời gian hành trình. - Hành trình làm việc đợc chia thành các bớc. Sự thay đổi trạng thái trong các bớc đợc biểu diễn bằng đờng đậm. - Sự liên kết các tín hiệu đợc biểu diễn bằng đờng nét nhỏ và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên: Ví dụ : thiết kế biểu đồ trạng thái của quy trình điều khiển sau : Xi lanh tác. dụng 2 chiều 1.0 sẽ đi ra, khi tác động vào nút ân 1.2 hoặc 1.4. Muốn xi lanh lui về, thì phải tác động đồng thời 2 nút ấn 1.6 Và 1.8. Giản đồ trạng thái của xilanh 1.0 Mạch khÝ nÐn theo gi¶n ®å tr¹ng th¸i Gi¶n ®å tr¹ng th¸i vµ m¹ch cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn hai xilanh 3.3. Phân loại phơng pháp điều khiển Tiêu chuẩn DIN 19 237 phân loại nh sau: - Điều khiển bằng tay - Điều khiển tùy động theo thời gian - Điều khiển tùy động theo hành trình - Điều khiển theo chơng trình bằng cơ cấu chuyển mạch - Điều khiển theo tầng - Điều khiển theo nhịp - Điều khiển bằng bộ chọn bớc 3.3.1. Điều khiển bằng tay Phơng pháp này đợc ứng dụng phần lớn đối với những mạch điều khiển bằng khí nén đơn giản, chẳng hạn các đồ gá kẹp chi tiết. a) Điều khiển trực tiếp có đặc điểm là chức năng đa tín hiệu và xử lý tín hiệu do một phần tử đảm nhiệm. b) Mạch điều khiển gián tiếp Mạch điều khiển gián tiếp xylanh tác động đơn các hành trình tiến và lùi của xylanh đợc điều khiển bằng phần tử 1.2 thông qua van 1.1 M ạch điều khiển trực tiếp M ạch điều khiển gián tiếp xylanh tác dụng đơn, kép Mạch điều khiển xylanh tác động kép với phần tử nhớ 3.2.3. Điều khiển tùy động theo hành trình Cơ sở của điều khiển tuỳ động theo hành trình chính là sử dụng hành trình của các Piston thông qua các van hành trình (đặt tại các vị trí trong, ngoài) để điều khiển. M ạch điều khiển hai xilanh M ạch điều khiển xilanh M¹ch ®iÒu khiÓn theo hµnh tr×nh cho xilanh t¸c ®éng kÐp cã chu kú tù ®éng 3.2.3. §iÒu khiÓn tïy ®éng theo thêi gian §iÒu khiÓn tïy ®éng theo thêi gian ®−îc minh häa nh− sau M ¹ch ®iÒu khiÓn theo hµnh tr×nh víi hai xilanh §iÒu khiÓn tïy ®éng theo thêi gian [...]... = a1 b1 x d) -A = a1 b0 x (3. 0) Trong quy trình thêm một phần tử nhớ trung gian Phơng trình 3a và 3c cũng nh 3b và 3d có cùng thêm dạng biến tín hiệu ra x và x Nh vậy, phơng trình logic của quy trình điều khiển đợc viết nh sau: a) +A = a0 b0 x b) +B = a1 b0 x c) d) e) f) -B = a1 b1 x -A = a1 b0 x (4.0) +X = a1 b1 x -X = a0 b0 x c- Sơ đồ mạch logic của quy trình: Dựa vào phơng trình... thực hiện nh sau: - Bớc thực hiện thứ nhất: xylanh A đi ra với tín hiệu điều khiển +A +A = a0 b0 - Bớc thực hiện thứ 2 - xylanh B đi ra với tín hiệu điều khiển +B: +B = a1 b0 - Bớc thực hiện thứ 3 - xylanh B lùi về với tín hiệu điều khiển -B: -B = a1 b1 - Bớc thực hiện thứ 4 - xylanh A lùi về với tín hiệu điều khiển -A: -A = a1 b0 Biên soạn; Lờ Thnh Sn c- Thiết lập phơng trình logic và các điều kiện... của -B: -B = a1 b1 x Sau khi giản ớc -B ở cột 2 gồm các khối 5, 6, 7 và 8 ta đợc phơng trình logic đơn giản của -B: -B = x g- Đơn giản phần tử nhớ trung gian bằng biểu đồ Karnaugh: Biểu đồ Karnaugh ở hình 7.75 cho thấy, phần tử nhớ trung gian ở vị trí SET bắt đầu trong Hình 7.75 Biểu đồ Karnaugh cho phần tử nhớ trung gian khối 3, giữ vị trí đó cho đến khối 7 và 6 Từ khối 5 bắt đầu vị trí RESET và. .. trí đó cho đến khối 1 và 2 Phơng trình logic ban đầu của +X: +X = a1 b1 x Sau khi giản lợc +X ở miền gồm các khối 3, 7, 4 và 8 ta có phơng trình logic đơn giản của +X: +X = b1 Phơng trình logic ban đầu của -X: -X = a0 b0 x Sau khi giản lợc -X ở miền gồm các khối 1, 5, 4 và 8 ta có phơng trình logic đơn giản của -X: -X = a0 Khối trống 4 và 8 đợc phép dùng chung cho cả +X và -X Bây giờ phơng trình... phơng trình logic 4.0 ta thiết kế mạch logic nh hình 7.71 Hình 7.71 Sơ đồ mạck logic c- Lập biểu đồ Karnaugh: Biên soạn; Lờ Thnh Sn Ta có 3 biến: - a1 và phủ định a0 - b1 và phủ định b0 - x và phủ định x Hình 7.72 Biểu đồ Karnaugh với 3 biến Các công tắc hành trình sẽ đợc biểu diễn qua trục đối xứng nằm ngang Biến của phần tử nhớ trung gian đợc thể hiện qua trục đối xứng thẳng đứng Trong điều khiển học... (Festo) nguồn khí nén cổng vào cho nút khởi động cổng vào cho chế độ tự động cổng ra cho tín hiệu duy trì quá trình tự động nhiều chu kỳ SO NS Yn+1 Yn A cổng vào cho chế độ dừng cổng vào cho điều kiện ban đầu cổng vào cho vị trí ban đầu của thiết bị cổng ra cho tín hiệu điều khiển cổng ra cho tín hiệu trung gian Ví dụ 1 chọn chế độ làm việc bao gồm - Khởi động: bằng nút khởi động START - tín hiệu... xylanh A đợc ký hiệu a0 và a1 Công tắc cuối hành trình của xylanh B đợc ký hiệu b0 và b1 Các công tắc hành trình này sẽ tác động cho các xylanh đi ra và lùi về (hình 7.69) Hình 7.69 Xác định các biến +A và -A ký hiệu tín hiệu điều khiển cho phần tử nhớ chính A +B và -B ký hiệu tín hiệu điều khiển cho phần tử nhớ chính B b- Thiết lập biểu đồ trạng thái: Từ quy trình công nghệ, ta lập đợc biểu đồ trạng.. .3. 2.6 Điều khiển theo nhịp Các phơng pháp điều khiển trình bày ở những phần trớc có một đặc điểm là, khi thay đổi quy trình công nghệ hay yêu cầu đề ra thì đòi hỏi phải thiết kế lại mạch điều khiển làm tốn công sức và thời gian Phơng pháp điều khiển theo nhịp khắc phục đợc nhợc điểm đó a- Cấu tạo khối điều khiển theo nhịp - Cấu tạo khối của nhịp điều khiển gồm có 3 phần tử: phần tử AND, phần tử... làm việc theo tiêu chuẩn VDI 32 60: - Đóng, ngắt: bằng công tắc tổng để đóng/mở hệ thống phân phối khí nén - Khởi động: bằng nút khởi động START - Chọn chế độ làm việc: bằng công tắc chọn chế độ làm việc (bằng tay hay tự động) - Chế độ tự động: một chu kỳ và nhiều chu kỳ - Chế độ tự động một chu kỳ: sau khi khởi động, chơng trình thực hiện một lần rồi dừng lại - Chế độ tự động nhiều chu kỳ: sau khi... (Festo) nguồn khí nén cổng vào cho nút khởi động cổng vào cho chế độ tự động cổng ra cho tín hiệu duy trì quá trình tự động nhiều chu kỳ SO NS Yn+1 Yn A cổng vào cho chế độ dừng cổng vào cho điều kiện ban đầu cổng vào cho vị trí ban đầu của thiết bị cổng ra cho tín hiệu điều khiển cổng ra cho tín hiệu trung gian Ví dụ 1 chọn chế độ làm việc bao gồm - Khởi động: bằng nút khởi động START - tín hiệu . phục đợc nhợc điểm đó. a- Cấu tạo khối điều khiển theo nhịp - Cấu tạo khối của nhịp điều khiển gồm có 3 phần tử: phần tử AND, phần tử nhớ và phần tử OR (hình 7 .37 ) a. Ký hiệu theo DIN/ISO. mạch - Điều khiển theo tầng - Điều khiển theo nhịp - Điều khiển bằng bộ chọn bớc 3. 3.1. Điều khiển bằng tay Phơng pháp này đợc ứng dụng phần lớn đối với những mạch điều khiển bằng khí nén. công sức và thời gian. Phơng pháp điều khiển theo nhịp khắc phục đợc nhợc điểm đó. a- Cấu tạo khối điều khiển theo nhịp - Cấu tạo khối của nhịp điều khiển gồm có 3 phần tử: phần tử AND, phần tử