Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 1 CHƯƠNG I DẪN NHẬP Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 2 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. 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 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 3 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. 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. Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 4 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ KHÍ NÉN Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 5 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) • 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 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 6 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: v 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. v 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. v 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… Cửa nối tín hiệu điều khiển 12 , 14… X , Y … a o b ba Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 7 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 Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2 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 Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 8 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 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 9 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 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. * Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 10 Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện: Van có 2 cửa P và R, 2 vò trí 0 và 1. Tại vò trí 0, cửa P và R bò chặn. Khi cuộn Y có điện, từ vò trí 0 van chuyển sang vò trí 1, cửa P nối với cửa R. Khi cuộn Y mất điện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vò trí ban đầu. 4) Van đảo chiều không có vò trí ‘không’: Khi không có tín hiệu tác động lên đầu nòng van nữa, thì vò trí của van vẫn được giữ nguyên đợi tín hiệu tác động từ phía nòng van đối diện. Vò trí tác động kí hiệu a , b, c, … Tín hiệu tác động có thể là: _ tác động bằng tay hay bàn đạp. _ tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay ra từ 2 phía nòng van _ tác động trực tiềp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ. Ví dụ: Van trượt đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện. Khi cuộn Y1 có điện thì cửa P nối với cửa A, cửa R bò chặn. Khi cuộn Y2 có điện thì cửa A nối với cửa R còn cửa P bò chặn. III. Van chắn: Van chắn là loại van chỉ cho dòng khí nén đi qua một chiều, chiều còn lại bò chặn. Van chắn gồm có các loại sau: _ Van 1 chiều _ Van Logic (OR , AND ) _ Van xả khí nhanh A R 1 0 P Y R a b P Y1 Y2 [...]... cho cơ cấp chấp hành Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 19 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 Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 20 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC I KHÁI NIỆM: Điều khiển là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác dụng của một hay... 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 Liên kết OR có một nhánh phủ đònh S3 • C Cơ cấu chấp hành: I Yêu cầu: Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén) ... các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC TÊN THIẾT BỊ Van một chiều: Van một chiều có tác dụng chỉ cho A B dòng khí nén đi qua một chiều( từ A qua B) , chiều ngược lại bò chặn Van logic OR: Khi có dòng khíA n vào từ P1 thì cửa né P2 bò chặn và cửa P1 nối với cửa A Ngược lại khi dòng khí nén vào P2 thì cửa P1 P2 • P1 bò chặn, cửa P2 nối với cửa A KÍ HIỆU Van logic AND: Khi có dòng khí nén. .. và ngược lại khi có dòng khí nén vào P2 thì P2 bò chặn Chỉ khi nào cả P1 P và P2 có dòng khí nén vào thì mới có khí P nén qua cửa A Van xả khí nhanh: Khi dòng khí néA vào cửa P, chắn cửa n • R, cửa P nối với cửa A Khi dòng khí nén vào từ A, P a P bò chặn, cửaR nối với cửa cử • A R, khí được xả nhanh ra ngoài IV Van tiết lưu: Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghóa là thay đổi... kính đóa hút (m) Pa : áp suất không khí ở đktc (N/m2) Pu : áp suất không khí tại cửa U (N/m 2) TRẦN MINH CHÁNH 13 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 loại cảm biến không tiếp xúc, nguyên tắc hoạt động dựa vào dòng khí nén Có 3 loại: TÊN THIẾT BỊ Cảm biến bằng tia rẽ nhánh: Dòng khí nén vào cửa X nếu không P, • có... 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 p(bar) khí nén – điện: X Nguyên lý họat động của phần tử chuyển đổi tín hiệu khí 1 Pđó g nén điện: áp suất p vào cửanZ Pn sẽ điều khiển đóng mở cômởg B ° Z tắc để điều khiển tiếp điểm 1 ° nối với tiếp điểm 2 1 2 0 Tín hiệu điện t Trong điều khiển, tín hiệu điều khiển (áp suất khí nén) có... nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC 2 1 Mạch điều khiển điện - khí nén với một xi lanh: a/ Đối với những mạch khí nén sử dụng van điện từ không có vò trí ‘không’, ta sử dụng mạch điều khiển với tiếp điểm không cần duy trì • b2 K • Khi nhấn b2 cuộn K có điện, khi nhả b2 cuộn K mất điện nhưng trạng thái của van vẫn được nhớ b/ Đối với những mạch khí nén sử dụng van điện... 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: A B 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 chỉ có thể đi một chiều từ A qua B , chiều ngược lại bò chặn Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn: Dòng khí nén chỉ có thể đi một chiều... 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 gián... một chiều) : Áp lực khí nén chỉ tác dụng vào một phía của xilanh, phía còn lại là do ngoại lực hay lò xo tác dụng KÍ HIỆU a Chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 16 Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC b Chiều tác dụng ngược lại do lò xo b Xilanh tác dụng a2 chiều (xilanh tác dụng kép): Áp suất khí nén được dẫn vào 2 phía . 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. THIỆU VỀ KHÍ NÉN Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 5 A. Máy nén khí – Thiết