Bài giảng Kỹ thuật điều khiển khí nén - Đào chí cường

Ch-ơng 1: những vấn đề chung về khí nén và

công nghệ khí nén

1.1. Vài nét về sự phát triển của kỹ thuật khí nén.

ứng dụng khí nén bắt đầu từ tr-ớc công nguyên. Ví dụ: nhà triết học ng-ời

Hi Lạp Ktesibios (năm 140, tr-ớc Công nguyên) và học trò của ông là Heron (năm

100, tr-ớc Công nguyên) đã chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá khí nén (hình

l.l). Dây cung đ-ợc căng bằng áp suất khí trong 2 xilanh thông qua 2 đòn bẩy nối

với 2 Piston của 2 xilanh đó. Khi buông dây cung ra, áp suất của không khí nén

làm tăng vận tốc bay của mũi tên. Sau đó

một số phát minh sáng chế của Klesibios

và Heron nh-: thiết bị đóng, mở cửa bằng

khí nén; Bơm súng phun lửa cũng đ-ợc

sáng chế trong thời kỳ này. Khái niệm

''Pneumatica'' cũng đ-ợc dùng trong

thập kỷ này. Từ "Pneumatic" xuất phát

từ tiếng cổ Hy Lạp có nghĩa là "gió",

"hơi thở", còn trong triết học có nghĩa là

"linh hồn". Thuật ngữ "Pneuma" để

chỉ một ngành khoa học về khí động học

và các hiện t-ợng liên quan đã đ-ợc đúc

kết.

 

pdf 146 trang phuongnguyen 01/12/2021 200
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật điều khiển khí nén - Đào chí cường", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Kỹ thuật điều khiển khí nén - Đào chí cường

Bài giảng Kỹ thuật điều khiển khí nén - Đào chí cường
Tă”ng tttt 
ff 
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 
BỘ MễN CƠ ĐIỆN LẠNH VÀ ĐIỀU HềA KHễNG KHÍ 
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG 
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN KHÍ NẫN 
 TRèNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC 
 NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ 
 CHUYấN NGÀNH: CễNG NGHỆ CƠ ĐIỆN & BẢO TRè, CễNG 
NGHỆ CƠ ĐIỆN LẠNH VÀ ĐIỀU HềA KHễNG KHÍ 
GIẢNG VIấN: TS. ĐÀO CHÍ CƯỜNG 
Năm 2015 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 1 
Ch-ơng 1: những vấn đề chung về khí nén và 
công nghệ khí nén 
1.1. Vài nét về sự phát triển của kỹ thuật khí nén. 
ứng dụng khí nén bắt đầu từ tr-ớc công nguyên. Ví dụ: nhà triết học ng-ời 
Hi Lạp Ktesibios (năm 140, tr-ớc Công nguyên) và học trò của ông là Heron (năm 
100, tr-ớc Công nguyên) đã chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá khí nén (hình 
l.l). Dây cung đ-ợc căng bằng áp suất khí trong 2 xilanh thông qua 2 đòn bẩy nối 
với 2 Piston của 2 xilanh đó. Khi buông dây cung ra, áp suất của không khí nén 
làm tăng vận tốc bay của mũi tên. Sau đó 
một số phát minh sáng chế của Klesibios 
và Heron nh-: thiết bị đóng, mở cửa bằng 
khí nén; Bơm súng phun lửa cũng đ-ợc 
sáng chế trong thời kỳ này. Khái niệm 
''Pneumatica'' cũng đ-ợc dùng trong 
thập kỷ này. Từ "Pneumatic" xuất phát 
từ tiếng cổ Hy Lạp có nghĩa là "gió", 
"hơi thở", còn trong triết học có nghĩa là 
"linh hồn". Thuật ngữ "Pneuma" để 
chỉ một ngành khoa học về khí động học 
và các hiện t-ợng liên quan đã đ-ợc đúc 
kết. 
Tuy nhiên sự phát triển của khoa học kĩ thuật thời đó không đồng bộ, nhất là 
sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật lí, vật liệu còn thiếu, cho nên phạm vi ứng 
dụng của khí nén còn rất hạn chế. Mãi cho đến thế kỷ 17, kĩ s- chế tạo ng-ời Đức 
Otto von Guerike (1602-1686), nhà toán học và triết học ng-ời Pháp Blaise 
Pascal (1623-1662), cũng nh- nhà vật lí ng-ời Pháp Denis Papin (1647-1712) đã 
xây dựng nên nền tảng cơ bản ứng dụng khí nén. Trong thế kỷ 19, các máy móc 
thiết bị sử dụng năng l-ợng khí nén lần l-ợt đ-ợc phát minh, nh-. th- vận chuyển 
trong ống bằng khí nén (1835) của Josef Ritter (Austria), phanh bằng khí nén 
(1880), búa tán đinh bằng khí nén (1861). Trong lĩnh vực xây dựng đ-ờng hầm 
xuyên dãy núi Alpes ở Thụy Sĩ (1857) lần đầu tiên ng-ời ta sử dụng khí nén với 
công suất lớn. Vào những năm 70 của thế kỷ 19 xuất hiện ở Pari một trung tâm sử 
dụng năng l-ợng khí nén lớn với công suất 7350kW. Khí nén đ-ợc vận chuyển tới 
nơi tiêu thụ trong đ-ờng ống với đ-ờng kính 500 mm và dài nhiều km. Tại đó khí 
nén đ-ợc nung nóng lên nhiệt độ từ 500 C đến 1500 C để tăng công suất truyền 
động động cơ, các thiết bị búa hơi... 
Hình 1.1. Thiết bị bắn tên 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 2 
Với sự phát triển mạnh mẽ của năng l-ợng điện, vai trò sử dụng năng l-ợng 
bằng khí nén bị giảm dần. Tuy nhiên việc sử dụng năng l-ợng bằng khí nén vẫn 
đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực, mà khi sử dụng năng l-ợng điện sẽ nguy 
hiểm, sử dụng năng l-ợng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nh-ng truyền động 
với vận tốc lớn, sử dụng năng l-ợng bằng khí nén ở những thiết bị nh- búa hơi, dụng 
cụ dập, tán đinh... và nhiều nhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy. 
 Thời gian sau chiến tranh Thế giới thứ 2, việc ứng dụng năng l-ợng bằng khí 
nén trong kĩ thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽ. Với những dụng cụ, thiết bị, 
phần tử khí nén mới đ-ợc sáng chế và đ-ợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác 
nhau, sự kết hợp khí nén với điện-điện tử là nhân tố quyết định cho sự phát triển 
của kĩ thuật điều khiển trong t-ơng lai. Hãng FESTO (Đức) có những ch-ơng 
trình phát 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 ph-ơng tiện dạy học 
(Didactic). 
1.2. Khả năng ứng dụng của khí nén 
1.2.1. Trong lĩnh vực điều khiển 
Sau chiến tranh Thế giới thứ 2, nhất là vào những năm 50 và 60 của thế ký 20 
này, là thời gian phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật điều khiển bằng khí nén. giai 
đoạn tự động hóa quá trình sản xuất đ-ợc phát triển rộng rãi và đa dạng trong 
nhiều lĩnh vực khác nhau. Chỉ riêng ở Cộng hòa Liên bang Đức dã có 60 hãng 
chuyên sản xuất các phân tử điều khiển bằng khí nén. Hệ thống điều khiển bằng 
khí nén đ-ợc sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó dễ xảy ra các vụ cháy nổ, các thiết 
bị phun sơn; các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là đ-ợc sử dụng 
cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, vì các thiết bị khí nén có thể đảm bảo 
điều kiện vệ sinh môi tr-ờng rất tốt và an toàn cao. Ngoài ra hệ thống điều khiển 
bằng khí nén đ-ợc sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động; trong các thiết bị 
vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và 
trong công nghiệp hóa chất. 
1.2.2. Hệ thống truyền động 
 Các dụng cụ, thiết bị máy va đập 
Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, nh- khai thác đá, khai thác 
than; trong các công trình xây dựng, nh- xây dựng hầm mỏ, đ-ờng hầm,.... 
 Truyền động quay 
Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng l-ợng khí nén giá 
thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 3 
năng l-ợng khí nén và một động cơ điện có cùng một công suất, thì giá thành tiêu 
thụ điện của một động cơ quay bằng năng l-ợng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so 
với động cơ điện. Nh-ng ng-ợc lại thể tích và trọng l-ợng nhỏ hơn 30% so với 
động cơ điện có cùng công suất. Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300; máy 
khoan, công suất khoảng 3,5 kw; máy mài, công suất khoảng 2,5 kw, cũng nh- 
những láy mài với công suất nhỏ, nh-ng với số vòng quay cao 100.000 vòng/phút 
thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp. 
 Truyền động thẳng 
Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các 
dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đông gói, trong các loại máy gia 
công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng nh- trong hệ thống phanh hãm của ô tô. 
 Trong các hệ thống đo và kiểm tra. 
Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất l-ợng sản phẩm. 
1.3. -u nh-ợc điểm của hệ thống truyền động khí nén 
a) -u điểm 
- Do khả năng chịu nén của không khí, cho nên có thể tích chứa khí nén một 
cách thuận lợi. Nh- vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm tích chứa 
khí nén. 
- Có khả năng truyền tải năng l-ợng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ 
và tổn thất áp suất trên đ-ờng dẫn ít. 
- Đ-ờng dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí). 
- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần 
lớn trong các xí nghiệp hệ thống đ-ờng dẫn khí nén đã có sẵn. 
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn đ-ợc đảm bảo. 
b) Nh-ợc điểm 
- Lực truyền tải trọng thấp. 
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vì 
khả năng đần hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển 
động thẳng hoặc quay đều. 
- Dòng khí nén thoát ra ở đ-ờng dẫn ra gây nên tiếng ồn. 
Hiện nay, trong Lĩnh vực điều khiển, ng-ời ta th-ờng kết hợp hệ thống điều 
khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử. Cho nên rất khó xác định một 
cách chính xác rõ ràng -u nh-ợc điểm của từng hệ thống điều khiển. 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 4 
1.4. Đặc điểm, tính chất của không khí nén. 
- Số l-ợng: có thể coi là vô tận. 
- Việc vận chuyển: có thể đ-ợc l-u thông dễ dàng trong các đ-ờng ống dẫn, với 
một khoảng cách nhất định. Đ-ờng hồi về không cần thiết vì khí nén sau khi 
công tác đ-ợc thoát ra ngoài môi tr-ờng. 
- L-u trữ: Máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục. Không khí nén 
đ-ợc l-u trữ trong các bình chứa, đ-ợc lắp nối trong hệ thống ống dẫn để cung 
cấp cho sử dụng khi cần thiết. 
- Nhiệt độ: Không khí nén ít bị thay đổi theo nhiệt độ. 
- Chống cháy nổ: Không có nguy cơ gây cháy bởi khí nén nên không tốn phí về 
phòng cháy. Hoạt động với áp suất khoảng 6 - 7 bar nên việc phòng nổ không 
quá phức tạp. 
- Mức độ sạch: Không khí nén sạch ngay cả trong tr-ờng hợp l-u thông trong 
các đ-ờng ống hay thiết bị. Không một nguy cơ gây bẩn nào phải lo tới. Điều 
này đặc biệt cần thiết trong các ngành công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản, 
thuộc da 
- Cấu tạo trang thiết bị: Đơn giản nên có giá thành thấp. 
- Vận tốc: Không khí nén có thể l-u thông với tốc độ rất cao. Vận tốc công tác 
của các xilanh khí nén th-ờng trong khoảng 1 đến 2 m/s, trong một số tr-ờng 
hợp có thể đạt 5 m/s. 
- Tính dễ điều chỉnh: Vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác dùng khí nén 
đ-ợc điều chỉnh một cách vô cấp. 
- Vấn đề quá tải: Các công cụ và thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho đến khi 
chúng dừng hẳn, cho nên sẽ không xảy ra quá tải. 
Để phân định một cách cặn kẽ các lĩnh vực áp dụng kỹ thuật khí nén, cần phải biết 
các tính chất không thể không chú trọng đến sau đây: 
- Cách xử lý: Không khí nén phải đ-ợc chuẩn bị sao cho không chứa bụi bẩn, 
tạp chất và n-ớc vì chúng làm cho các phần tử khí nén chóng mòn. 
- Tính chịu nén: Không khí có tính nén đ-ợc, cho phép thay đổi và điều chỉnh 
vận tốc của Piston. 
- Lực tác dụng: Không khí đ-ợc nén sẽ không kinh tế nếu ch-a đạt đ-ợc một 
công suất nhất định, áp suất làm việc th-ờng đ-ợc chấp nhận là 7 bar. Lực tác 
dụng đ-ợc giới hạn trong khoảng 20000 đến 30000 N (2000 đến 3000 kp). Độ 
lớn của lực tác dụng còn phụ thuộc vào vận tốc và hành trình. 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 5 
- Thoát khí: Không khí nén xả ra ngoài tạo âm thanh gây ồn, nh-ng nhờ các bộ 
giảm thanh gắn ở từng đ-ờng thoát nên vấn đề này đã đ-ợc giải quyết. 
- Giá thành: Không khí nén là một nguồn năng l-ợng dồi dào, đơn giản và sẵn 
có nên hệ thống sử dụng có giá thành thấp. 
1.5. Các đại l-ợng vật lý và đơn vị đo. 
Không khí trong bầu khí quyển là một hỗn hợp các khí nh-: 
- Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích 
- ôxy chiếm khoảng 21% còn lại là một số khí nh-: Cacbonic, Acgông, Hyđrô, 
Nêông, Hêli, Criptông, Xênon,  
Để hiểu rõ thêm các định luật về động lực học và trạng thái của không khí, 
d-ới đây liệt kê các thông số vật lý và các hệ thống đo l-ờng. 
Trong thực tế ng-ời ta th-ờng dùng hai hệ thống đo l-ờng thuận lợi trong 
việc nghiên cứu và ứng dụng là hệ kỹ thuật và hệ SI. 
a. Các thông số cơ bản: 
Thông số Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI 
Chiều dài 
Khối l-ợng 
Thời gian 
Nhiệt độ 
C-ờng độ dòng điện 
C-ờng độ ánh sáng 
L 
m 
t 
T 
I 
mét (m) 
kp.s2/m 
giây (s) 
0C 
Ampe 
mét (m) 
kg 
giây (s) 
K 
A 
Candela (Cd) 
b- Các thông số dẫn xuất: 
Thông số Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI 
Lực 
Diện tích 
Thể tích 
L-u l-ợng 
áp suất 
F 
A 
V 
Q 
p 
kp = kg.f = 9,8 N 
m2 
m3 
m3/s 
at (kỹ thuật) 
kp/cm2 
1 N = 1 kg.m/s2 
m2 
m3 
m3/s 
Pa (1 Pa = 1 N/m2) 
bar (1 bar = 105 Pa) 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 6 
Công thức Niutơn: F = m . a (1-1) 
ở đây: m - Khối l-ợng. 
a - Gia tốc 
g - Gia tốc trọng tr-ờng (g = 9,81 m/s2). 
Quan hệ giữa các thông số trên nh- sau: 
Khối l-ợng 1 kg = 1 kp.s2/9,81.m 
Lực 1 kp = 9,81 N 
Để đơn giản tính toán ta lấy 1 kp = 10 N. 
 Nhiệt độ ở điểm 0: 00C = 2730 K nghĩa là T = 273,15 + t 
ở nhiệt độ khác: 10C = 1 K 
c. Đơn vị đo áp suất 
Đơn vị cơ bản của áp suất theo Hệ đo l-ờng SI lâ Pascal. 
áp suất là lực tác dụng của các phân tử theo ph-ơng pháp tuyến lên một đơn 
vị diện tích thành bình chứa khí hoặc chất lỏng đó. áp suất đ-ợc kí hiệu là: p 
A
F
p ; N/m2 (1-2) 
Trong đó: F - Lực tác dụng của các phân tử khí hoặc chất lỏng (N) 
 A – Diện tích thành bình (m2) 
(Một Pascal là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác 
động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton “N”) 
- Đơn vị đo áp suất là N/m2 hoặc Pa (Pascal) và bar, ta có: 
l Pascal (Pa) = l N/m2 
1 Pa = 1 kg m/s2/m2 =1 kg/ms2 
Trong thực tế ng-ời ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (MPa). 
1MPa = l.000.000 Pa = 106 Pa 
Ngoài ra còn dùng đơn vị bar: 
1 bar = 105 Pa = 100.000 Pa 
và đơn vị kp/cm2 (theo DIN - Tiêu chuẩn của Càng hòa Liên bang Đức) 
1 kp/cm2 = 0,980665 bar = 0,981 bar 
1 bar = 1,01972Kp/cm2 = 1,02 kp/cm2 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 7 
Trong thực tế ng-ời ta coi: 
1 bar = 1 kp/cm2 = 1 at 
(1 at = 0,98 bar = 735,5 mm Hg = 10 mm H2O) 
- Các quy đổi trên đúng trong tr-ờng hợp chiều cao cột chất lỏng ở 00C. 
Ngoài ra một sô n-ớc (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị đo áp suất: 
Pound (0,45336kg) per Square Inch (6,4521 cm2) 
Kí hiệu Ibf/in2 (psi). 
1 bar = 14,5 psi 1psi = 0,06895 bar 
- ở Việt nam quen dùng đơn vị kG/cm2 t-ơng đ-ơng với kp/cm2. 
- áp suất thật của chất khí đ-ợc gọi là áp suất tuyệt đối (Hình 1..2), kí hiệu là p 
và nó là một thông số trạng thái. áp suất tuyệt đối của khí quyển kí hiệu là p. 
Phần áp suất của chất khí lớn hơn áp suất khí quyển gọi là áp suất d-, kí hiệu 
là pd và áp suất khí quyển là po ta có: 
 0pppd (1-3) 
- Phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển gọi là áp suất chân không, kí hiệu là pck. 
ckd
ppp (1-4) 
- Thông th-ờng trong khí nén các đại l-ợng (nhiệt độ, áp suất) đ-ợc quy chuẩn 
theo DIN 1343 nh- sau: 
 Trạng thái chuẩn kỹ thuật: 
- Nhiệt độ: KT 15,293 ; Ct 020 . 
- áp suất: barmNPap 980665,0/5,980665,98066
2 . 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 8 
 Trạng thái chuẩn vật lý: 
- Nhiệt độ: KT 15,273 ; Ct 00 . 
- áp suất: barmNPap 01325,1/101325325.101 2 . 
- Dụng cụ đo áp suất gọi chung là áp kế. Có nhiều loại áp kế: áp kế chất lỏng, 
áp kế lò xo... áp kế dùng để đo áp suất tuyệt đối của khí quyển gọi là 
baromet, áp kế dùng để đo áp suất d- gọi là manomet, áp kế dùng đo độ chân 
không gọi là chân không kế. 
- áp suất sử dụng trên tất cả các thiết bị là áp suất d-. 
1.6. Các tính chất và các định luật cơ bản của chất khí 
a) Không khí có tính chịu nén. 
Không khí là một hỗn hợp khí xác định gồm nhiều thành phần nh- ôxy, 
hyđrô, nitơ, hơi nước, nên có thể nén và giãn nở được. 
Định luật Boyle Mariotte. 
Định luật Boyle – Mariotte đã phát biểu: Một l-ợng khí nhất định ở nhiệt độ 
không thay đổi thì áp suất tuyệt đối tỉ lệ nghịch với thể tích (V) hoặc thể tích riêng (v). 
Const)T(t = (1-5) 
ta có: ConstV.p = hoặc Constv.p = (1-6) 
Điều đó có nghĩa là tích giữa áp suất và thể tích là hằng số đối với một l-ợng 
khí xác định (p tăng thì V giảm). 
ConstV.pV.pV.p === 3132211 (1-7) 
b) Thể tích không khí thay đổi theo nhiệt độ. 
Với một l-ợng áp suất d- không đổi và nhiệt độ tăng 1 K thì thể tích không 
khí tăng thêm 1/273 thể tích của chính nó. 
Định luật Gay – Lussac 1: 
Định luật: Một l-ợng khí nhất định ở điều kiện áp suất không đổi thì thể tích 
(V) hay thể tích riêng (v) và nhiệt độ tuyệt đối (T) tỉ lệ thuận với nhau. 
Constp= (1-8) 
Ta có: Const
T
V
= hay 
2
1
2
1
T
T
V
V
= (1-9) 
 kỹ thuật điều khiển khí nén 
GV: Đào Chớ Cường Trang 9 
Sự thay đổi thể tích V là: 
1
12
122
)(
.
T
TT
VVVV
Ta có: )( 12
1
1
112 TT
T
V
VVVV (1-10) 
Định luật Gay – Lussac 2: 
Định luật: Một l-ợng khí nhất định ở điều kiện thể tích (V) không đổi thì áp 
suất (p) và nhiệ ... e K1, K2, K3 và K4. 
 - Cuộn dây điện từ 1Y1. 
 - Đèn H1 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 126 
 Tên gọi các cực đấu dây của tiếp điểm, công tắc. 
Loại tiếp điểm Kí hiệu 
- Tiếp điểm th-ờng đóng 1, 2 
- Tiếp điểm th-ờng mở 3, 4 
- Tiếp điểm th-ờng đóng của rơle thời gian 5, 6 
- Tiếp điểm th-ờng mở của rơle thời gian 7, 8 
- Tiếp điểm chuyển đổi 1, 2, 4 
- Tiếp điểm chuyển đổi của rơle thời gian 5, 6, 8 
Ví dụ: 
Hình 5.36. Cấu tạo, kí hiệu và tên cọc đấu dây của rơle. 
 Bảng chia mạch của rơle 
- Rơle này có các tiếp điểm đặt tại các nhánh 3, 4, 6, 7 của sơ đồ mạch điện. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 127 
5.7.2. Thiết kế mạch điều khiển điện - Khí nén. 
1. Nguyên tắc thiết kế. 
Sơ đồ mạch điện – Khí nén gồm hai phần. 
- Sơ đồ mạch điện điều khiển. 
- Sơ đồ mạch khí nén. 
Sơ đồ mạch đ-ợc biểu diễn, khi ch-a có tác động tín hiệu vào. Ký hiệu các 
phần tử đ-ợc mô tả ở trên. Sự liên hệ giữa sơ đồ mạch điện và sơ đồ khí nén đ-ợc 
ghi chú bằng các kí hiệu số t-ơng ứng của rơle trong mạch điện và nam châm điện 
(cuộn dây điện từ) của van đảo chiều hoặc rơle áp suất - điện trong mạch khí nén. 
2. Các mạch điện điều khiển cơ bản. 
a. Mạch điều khiển một xi lanh. 
a) b) 
Hình 5.37. Sơ đồ điều khiển một xi lanh . 
a) Điều khiển trực tiếp xi lanh đơn. b) Điều khiển gián tiếp xi lanh kép. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 128 
Khi ta ấn nút S1cung cấp điện cho cuộn dây điện từ 1M1, cuộn dây này sinh ra 
lực từ tác động làm cho nòng van dịch chuyển, piston của 1A đi ra. Khi thôi tác động 
lò xo đẩy nòng van đi về làm cho piston của 1A hồi vị về vị trí ban đầu. 
b. Mạch điều khiển logic. 
 Mạch đấu song song (mạch OR) 
Hình 5.38. Sơ đồ mạch đấu song song của hai tiếp điểm “hoặc” (mạch OR). 
a) Sơ đồ mạch khí nén với đơn. 
b) Sơ đồ mạch khí nén với kép. 
c) Sơ đồ mạch điện điều khiển trực tiếp. 
d) Sơ đồ mạch điện điều khiển gián tiếp. 
- Mạch sẽ hoạt động khi ta ấn một trong hai nút bấm S1 hoặc S2. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 129 
 Mạch đấu nối tiếp (mạch AND) 
Hình 5.39. Sơ đồ mạch đấu nối tiếp của hai tiếp điểm “và” (mạch AND). 
a) Sơ đồ mạch khí nén với đơn. 
b) Sơ đồ mạch khí nén với kép. 
c) Sơ đồ mạch điện điều khiển trực tiếp. 
d) Sơ đồ mạch điện điều khiển gián tiếp. 
- Mạch sẽ hoạt động khi ta ấn đồng thời cả hai nút bấm S1 và S2. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 130 
- Tóm tắt nguyên lý hoạt động của mạch điện phần tử đ-a tín hiệu đ-ợc đấu 
song song và nối tiếp đ-ợc trình bày ở bảng d-ới đây. 
Trong đó: 0: Nút bấm không đ-ợc ấn hoặc piston không đi ra. 
 1: Nút bấm đ-ợc ấn hoặc piston đi ra. 
Bảng 1: Nguyên lý hoạt động mạch OR. 
Nút bấm S1 
đ-ợc bấm 
Nút bấm S2 
đ-ợc bấm 
Piston đi ra S1 S2 1M1 
Không Không Không 0 0 0 
Đúng Không Đúng 1 0 1 
Không Đúng Đúng 0 1 1 
Đúng Đúng Đúng 1 1 1 
Bảng 2: Nguyên lý hoạt động mạch AND. 
Nút bấm S1 
đ-ợc bấm 
Nút bấm S2 
đ-ợc bấm 
Piston đi ra S1 S2 1M1 
Không Không Không 0 0 0 
Đúng Không Không 1 0 0 
Không Đúng Không 0 1 0 
Đúng Đúng Đúng 1 1 1 
c. L-u trữ tín hiệu. 
Trong một số tr-ờng hợp, chúng ta cần phải l-u trữ tín hiệu điện để cho hệ 
thống có thể hoạt động. Ví dụ: Trên hình 2.39a, để piston của 1A có thể đi ra hết 
hành trình thì ta phải giữ các nút bấm S1 và S2 trong một khoảng thời gian. Vậy để 
không phải giữ tay ta cần phải l-u trữ tín hiệu điện. 
 L-u trữ tín hiệu bằng van đảo chiều kích hoạt hai đầu bằng cuộn dây điện từ. 
- Cán piston của 1A đi ra khi ta tác động vào nút bấm nút S1 và đi về khi ta bấm 
nút S2 (hình 2.40). 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 131 
b) 
Hình 5.40. L-u trữ tín hiệu bằng van đảo chiều. 
a) Hồi vị bằng nút bấm. b) Hồi vị tự động 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 132 
 L-u trữ tín hiệu bằng rơle điện từ. 
Để l-u trữ tín hiệu ta có thể dùng tiếp điểm của rơle vào việc duy trì nguồn 
nuôi, ph-ơng pháp này có hai dạng mạch nh- sau: 
- ON trội (nút bật trội hơn nút tắt) 
 - OFF trội (nút tắt trội hơn nút bật) 
Hình 5.41. L-u trữ tín hiệu bằng tiếp điểm của rơle. 
a) Mạch l-u trữ tín hiệu ON trội. b) Mạch l-u trữ tín hiệu OFF trội 
Nếu nút bấm ON đ-ợc ấn, cuộn dây rơle K1 hoạt động làm cho tiếp điểm K1 
đóng (hình 5.41a) và khi thôi tác động vào nút ấn thì tiếp điểm K1 vẫn đóng. Tín 
hiệu điện bật đ-ợc duy trì. Đó là tác dụng l-u trữ tín hiệu của rơle. Khi tác động 
vào nút OFF tiếp điểm của rơle K1 mở ra cắt nguồn cung cấp cho cuộn dây K1. 
Nếu ấn đồng thời cả hai nút ON và OFF thì mạch điện vẫn đ-ợc duy trì 
(hình 5.41a) ta có mạch ON trội. 
T-ơng tự nh- trên ở sơ đồ (hình 5.41b) ta có OFF trội nên mạch điện cung 
cấp cho cuộn dây rơle không đ-ợc duy trì nên tiếp điểm của rơle vẫn mở mạch, 
dòng điện cung cấp cho cuộn dây rơle cắt. 
Trong kỹ thuật điều khiển thì mạch OFF trội đ-ợc sử dụng nhiều hơn vì nó 
đảm bảo an toàn hơn. Th-ờng dùng trong mạch điện an toàn (EMERGENCY). 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 133 
Hình 5.42. Điều khiển bằng tiếp điểm duy trì. 
Bảng 3: So sánh giữa mạch ON trội và OFF trội. 
Trạng thái 
Tín hiệu l-u trữ bởi rơle với van kích hoạt bằng 
điện hồi vị bằng lò xo 
Mạch ON trội Mạch OFF trội 
Tín hiệu ON và OFF 
đồng thời 
Van hoạt động Van nằm ở trạng thái 
ban đầu 
Nguồn không nối 
(không tín hiệu) 
Van nằm ở trạng thái 
ban đầu 
Van nằm ở trạng thái 
ban đầu 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 134 
d. Mạch điều khiển với rơle thời gian tác động trễ. 
Trong rất nhiều ứng dụng, yêu cầu công nghệ quá trình điều khiển cần điều 
chỉnh thời gian thực hiện. Để giải quyết vấn đề đó ta sử dụng rơle thời gian. 
Hình 5.43. Điều khiển hồi vị trễ (rơle đóng trễ). 
Nguyên lý hoạt động của mạch: Khi ta ấn nút S1, cán piston của 1A đi ra tác 
động vào công tắc hành trình 1S2 làm cho K2 hoạt động. Rơle K2 hoạt động sẽ tác 
dụng trễ lê tiếp điểm của nó một khoảng thời gian t. Nh- vậy sau khi đi ra vị trí 
ngoài cùng thì piston của xi lanh 1A dừng lại một khoảng thời gian t sau đó mới 
quay trở về. 
1
0
1S2
1
0
K2
1
0
K1
1 2 3 4=1
1
0
1A
1
0
S1
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 135 
3. Mạch điều khiển điện - khí nén theo nhịp. 
a. Đặc điểm của quá trình điều khiển theo nhịp. 
Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là các b-ớc thực hiện lệnh tiến 
hành tuần tự. ở ph-ơng án này ng-ời ta sử dụng các phần tử nhớ để thực hiện nhịp 
điều khiển. Có nghĩa là khi các lệnh trong nhịp thực hiện song thì sẽ ra lệnh cho 
nhịp tiếp theo (Set) và đồng thời sẽ xoá (Reset) lệnh nhịp thực hiện tr-ớc đó. 
Nh- vậy khối của nhịp điều khiển gồm các chức năng sau: 
- Đ-a tín hiệu cho nhịp tiếp theo. 
- Xoá các lệnh của nhịp tr-ớc đó. 
- Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển. 
Nhịp thứ nhất Zn sẽ đ-ợc xoá bằng nhịp cuối cùng Zn+1. 
S R
1
A1 A2
S R
1
&
A3
S R
1
&
A4
S R
1
& &
Zn
Yn
Zn+1
X1 X2 X3
Yn+1
X4 
Hình 5.44. Sơ đồ biểu diễn đơn giản chuỗi điều khiển theo nhịp (DIN 40 700). 
A - Các tín hiệu ra của quá trình điều khiển. 
X - Tín hiệu đầu vào. 
Y - Tín hiệu thực hiện nhịp điều khiển (Set). 
Z - Tín hiệu xóa thực hiện nhịp (Reset). 
SR - Phần tử nhớ (có thể dùng ON trội hoặc OFF trội). 
& - Phần tử logic. 
b. Ví dụ quy trình điều khiển theo nhịp. 
Một trạm khoan gồm hai 1A và 2A. Qúa trình giữ chặt và khoan phôi liệu 
diễn ra tự động. Sau khi ấn nút khởi động “START”, Piston 1A đi ra kẹp chặt 
phôi cần gia công, sau đó phôi đ-ợc khoan nhờ 2A. Khi khoan xong thì 2A và 1A 
quay trở về. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 136 
Khi tác động vào nút ấn START, 
các xilanh sẽ thực hiện quy trình theo 
yêu cầu đề ra. Mỗi nhịp đều có mạch 
tự duy trì. Sau khi ấn nút khởi động 
START, lần l-ợt nhịp 1 đến các nhịp 
tiếp theo đ-ợc tiến hành. Nhịp cuối 
cùng tác động cho quy trình trở về 
trạng thái ban đầu. 
2 V1
2S1 2S2
2 A1 A
1 V1 4 2
5
1
3
1Y1
1S2 1S3
4 2
5
1
3
2Y1
a) b) 
Hình 5.45. Sơ đồ bố trí máy khoan. 
a) Sơ đồ bố réi máy khoan. b) Biểu đồ trạng thái quá trình hoạt động. 
 Mạch điều khiển với van đảo chiều hồi vị bằng lò xo. 
+24V
 0V
1Y1
K1
33
34
K1
A1
A2
2Y1
K2
33
34
1S2
3
4
START
3
4
K1
13
14
K2
A1
A2
1S3
3
4
K2
13
14
K1
23
24
K3
A1
A2
2S2
3
4
K3
13
14
K2
23
24
K4
A1
A2
2S1
3
4
K4
13
14
K3
23
24
K5
A1
A2
K4
23
24
1S2
3
4
K4
41
42
K3
31
32
K5
11
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2
3
10
4
5
11
6
7
11 8
9
10 1
Hình 5.46. Sơ đồ mạch điện điều khiển quy trình khoan. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 137 
 Mạch điều khiển với van đảo chiều 5/2 xung. 
- Nếu ta chọn van đảo chiều 5/2 xung, cả hai phía tác động bằng nam châm 
điện, sơ đồ mạch điều khiển điện đ-ợc biểu diễn ở hình sau. 
- Mặc dù mỗi nhịp có mạch tự duy trì, nh-ng nếu nhịp tiếp theo đ-ợc thực hiện, 
thì nhịp tr-ớc đó phải đ-ợc xoá. 
ơ
+24V
 0V
1Y1
K1
43
44
K1
A1
A2
1S2
3
4
START
3
4
K1
13
14
K2
A1
A2
1S3
3
4
K2
23
24
K3
A1
A2
2S2
3
4
K3
23
24
K4
A1
A2
2S1
3
4
K4
23
24
K5
A1
A2
1S2
3
4
K2
11
12
K1
23
24
K2
33
34
K3
33
34K5
13
14
K4
33
34
K5
33
34
SET
3
4
K3
11
12
K4
11
12
K5
21
22
K1
31
32
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2
3
12
9 4
5
14
1 6
7
13
3 8
9
15
5 1
10
7
1Y1
K1
43
44
2Y2
K3
43
44
K5
A1
A2
1S2
3
4
2Y1
K2
43
44
1Y2
K4
43
44
K4
33
34
K5
33
34
SET
3
4
K1
31
32
9 10 11 12 13 14
2 V1
2S1 2S2
2 A1 A
1 V1 4 2
5
1
3
1Y1 1Y2
1S2 1S3
4 2
5
1
3
2Y1 2Y2
Hình 5.47. Sơ đồ mạch điều khiển quy trình khoan. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 138 
4. Mạch điều khiển điện - khí nén theo tầng. 
a. Ph-ơng pháp thiết kế mạch điều khiển theo tầng. 
- Ph-ơng pháp thiết kế mạch điều khiển điện khí nén đ-ợc xây dựng dựa trên cơ 
sở thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén. 
Trong điều khiển khí nén tín hiệu vào và tín hiệu ra đều là tín hiệu khí nén 
còn trong điều khiển điện khí nén tín hiệu vào là tín hiệu điện. Ngoài mạch công 
tác khí nén ta phải thiết kế mạch điều khiển bằng điện (Rơ le, công tắc). Trong 
phần này trình bằng ph-ơng pháp mạch điều khiển điện khí nén theo tầng cho hệ 
thống điều khiển hành trình. Nh- đã biết trong mỗi tầng ta thiết kế mạch điều 
khiển tuần tự, tức là dựa theo nguyên tắc tín hiệu vào khác nhau thì tín hiệu ra 
khác nhau và ng-ợc lại. Mạch điều khiển điện đ-ợc thiết kế theo tầng. 
Các b-ớc thiết kế đ-ợc tiến hành nh- sau: 
- B-ớc 1: Vẽ sơ đồ hành trình b-ớc 
- B-ớc 2: Xác định hệ điều kiện. 
- B-ớc 3: Chia tầng. 
- B-ớc 4: Cách thiết kế các tầng trong điều khiển bằng điện khí nén. Cần 
đặc biệt chú ý tại bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ có một tầng hoạt động. 
Các tầng khác không có điện. 
- B-ớc 5: Thiết kế mạch (tổng hợp mạch). 
Trong điều khiển khí nén ng-ời ta có thể sử dụng phần tử lôgíc còn trong hệ 
điều khiển rơ le công tắc thông th-ờng các mối liên kết đ-ợc vẽ bằng cách mắc 
nối tiếp hoặc song song. Ví dụ liên kết AND ta sử dụng mạch nối tiếp còn liên kết 
OR thì sử dụng mạch song song. 
Các tầng điều khiển bằng khí nén đ-ợc tạo ra bằng các van đảo chiều 5/2 hai 
đầu điều khiển bằng khí nén. Các tầng điều khiển trong mạch điện thì đ-ợc tạo ra 
bằng các rơ le. 
Để tạo ra hai tầng ng-ời ta dùng 
một rơ le. Mạch hai tầng đ-ợc thiết kế 
nh- hình vẽ bên. 
Hình 5.48. Sơ đồ mạch điện hai tầng. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 139 
- Để tạo ra ba tầng ng-ời ta dùng hai rơ le. Mạch ba tầng đ-ợc thiết kế nh- sau: 
Hình 5.49. Sơ đồ mạch điện ba tầng. 
- Để tạo ra bốn tầng ng-ời ta dùng 3 rơ le. Mạch bốn tầng đ-ợc thiết kế nh- d-ới: 
Hình 5.50. Sơ đồ mạch điện bốn tầng. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 140 
- Để tạo ra n tầng ng-ời ta dùng n-1 rơ le. Mạch n đ-ợc thiết kế nh- hình vẽ: 
Hình 5.51. Sơ đồ mạch điện n tầng. 
b. Ví dụ . 
Một bộ phận vận chuyển hàng hóa từ băng chuyền này đến một băng chuyền 
khác ở vị trí cao hơn. Nhiệm vụ này đ-ợc thực hiện bởi hệ thống điều khiển điện 
khí nén có sơ đồ bố trí hệ thống d-ới đây. Hệ thống có thể chạy đơn một chu trình 
hoặc chạy tự động nhiều chu trình liên tục. 
Hình 5.52. Sơ đồ bố trí hệ thống vận chuyển hàng hóa. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 141 
Tr-ớc khi tiến hành xây dựng sơ đồ mạch điều khiển ta cần phải xác định 
những vấn đề sau: 
- Cần phải có bao nhiêu b-ớc để thực hiện chu trình. 
- Phần tử nào hoạt động trong mỗi b-ớc. 
- Những tín hiêu nào, điều kiện gì cần cho b-ớc kế tiếp. 
Chu trình hoạt động của thiết bị: 
B-ớc 
Hoạt động 
của 1A 
Hoạt động 
của 2A 
Hoạt động 
của 3A 
Kết thúc của b-ớc, 
điều kiện hoạt động 
của b-ớc tiếp theo 
Tác dụng của 
b-ớc hoạt động 
1 
Đứng 
yên 
Đứng 
yên 
Đi về Tác động tới B5 
Mở cơ cấu 
chặn kiện hàng 
2 Đi ra 
Đứng 
yên 
Đi ra Tác động tới 1B2 
Nâng kiện 
hàng lên 
3 
Đứng 
yên 
Đi ra 
Đứng 
yên 
Tác động tới 2B2 
Đẩy kiện hàng 
ra ngoài 
4 Đi về Đi về 
Đứng 
yên 
Tác động tới 1B1, 
2B1 
Quay trở về 
trạng thái ban 
đầu 
Bảng Panel điều khiển của thiết bị: 
Công tắc 
nguồn
Dừng 
khẩn cấp
Chạy tự động
Chạy đơn Khởi độnglại
Tắt tự động
Khởi động tự động Khởi động chu 
trình đơn
Hình 5.53. Sơ đồ bố trí bảng điều khiển của thiết bị. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 142 
- “Dừng khẩn cấp”: Khi tác động vào nút này thì các mạch cung cấp điện, 
khí nén đều phải đóng. Riêng mạch khí nén phải xả thông với khí trời. 
- “Khởi động lại”: Thiết lập lại toàn bộ hệ thống về trạng thái ban đầu. Xilanh 
1A, 2A ở vị trí trong cùng, 3A ở vị trí ngoài cùng. 
- “Tắt tự động”: Dừng chạy tự động, thiết lập lại toàn bộ hệ thống về trạng thái 
ban đầu. 
Bảng xác định phần tử cho thiết bị nâng: 
Bộ 
phận 
Van điện từ Cảm biến hành trình Phần tử 
điều 
khiển 
Ghi chú 
Ra Vào Khác Ra Vào Khác 
1A 1M1 1M2 - 1B2 1B1 Chuỗi điều khiển 1 
2A 2M1 2M2 - 2B2 2B1 Chuỗi điều khiển 2 
3A 3M1 - 3B1 Chuỗi điều khiển 3 
Cấp 
khí 
 0M1 Van cấp nguồn 
 B5 Hàng trên bàn nâng 
 S1 Công tắc nguồn 
 S2 
Nút dừng khẩn cấp 
(loại th-ờng đóng) 
 S3 Chạy đơn (MAU) 
 S4 Chạy tự động (AUT) 
 S5 Khởi động lại. 
 S6 Bật tự động 
 S7 Chu trình đơn 
 S8 Tắt tự động 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 143 
Biểu đồ trạng thái: 
Hình 5.54. Biểu đồ trạng thái của thiết bị nâng. 
Sơ đồ mạch khí nén: 
Hình 5.55. Sơ đồ mạch khí nén của thiết bị nâng. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 144 
Sơ đồ mạch điện điều khiển: 
Hình 5.56a. Sơ đồ mạch điện cho thiết bị nâng - phần tử điều khiển. 
Hình 5.56b. Sơ đồ mạch điện cho thiết bị nâng - cảm biến. 
 kỹ thuật điều khiển điện khí nén 
GV Đào Chớ Cường Trang 145 
Hình 5.56c. Sơ đồ mạch điện cho thiết bị nâng - tiếp điểm điều khiển các b-ớc. 
Hình 5.56d. Sơ đồ mạch điện cho thiết bị nâng - các cuộn dây điện từ. 

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_dieu_khien_khi_nen_dao_chi_cuong.pdf