Giáo trình Điều khiển điện khí nén (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp)

BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG CĐN XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/MƠ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN
NGHÀNH/ NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

Quảng Ninh, 2021


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng
ngun bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển của các thiết bị điện các thiết bị điều khiển khí nén cũng được
ứng dụng rộng rãi như thư vận chuyển trong ống bằng khí nén, Phanh bằng khí nén, búa tán
đinh bằng khí nén... búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh hay các xy lanh trong các dây truyền
đóng gói sản phẩm... Giáo trình điều khiển điện khí nén trang bị đầy đủ kiến thức để nghiên
cứu thiết kế các mạch điều khiển khí nén tiêu biểu sử dụng nhiều trong các dây truyền sản
xuất công nghiệp và là tài liệu quan trọng, có ý nghĩa thiết thực cho việc giảng dạy của giáo
viên và học tập của sinh viên. Giáo trình này biên soạn trên cơ sở chương trình mơđun nghề
điện. Giáo trình này có cấu trúc gồm bốn bài là:
Chương 1: Tổng quan về khí nén
Chương 2: Điều khiển điện – khí nén
Trong q trình biên soạn giáo trình, khơng tránh khỏi khiếm khuyết, tác giả rất mong
sự cộng tác và góp ý phê bình của bạn đọc, để ngày một hoàn thiện hơn.

Tác giả biên soạn



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ NÉN
1. Cơ sở lý thuyết về khí nén
1.1. Sự phát triển của kỹ thuật khí nén
Ứng dụng của khí nén đã có từ thời kỳ trước công nguyên, tuy nhiên sự phát triển
khoa học kỹ thuật thời đó khơng 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 cịn 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 cơng 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 cơng 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 oC đến
150oC 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 trị 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 phát triển hệ thống điều khiển bằng
khí nén rất đa dạng, khơng những phục vụ cho cơng nghiệp mà cịn phục vụ cho sự phát
triển các phương tiện dạy học.
1.2. Khả năng ứng dụng của khí nén
- Trong lĩnh vực điều khiển, hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những
lĩnh vực mà ở đó cần độ an tồn cao như ở các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi
tiết nhựa, chất dẻo hoặc các lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh mơi
trường của điều khiển dùng khí nén rất tốt và độ an toàn cao. Ngoài ra, hệ thống điều khiển
bằng khí nén cịn được 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 cơng
nghiệp hóa chất.
- Trong các hệ thống truyền động :
+ Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác
như: khai thác đá, khai thác than, trong các cơng trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ,
đường hầm.
+ Truyền động quay: Truyền động động cơ quay với cơng suất lớn bằng năng lƣợng
khí nén giá thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng
năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng cơng suất, thì giá thành tiêu thụ điện của
một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện.
Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng cơng
suất.
Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, công suất khoảng 3,5 kW, máy mài, công suất
khoảng 2,5 kW cũng như những máy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vịng quay cao
khoảng 100.000 v/ph 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 truyền động
thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy
gia cơng gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ôtô.

1.3. Đơn vị đo trong hệ thống điều khiển khí nén
1.3.1. Áp suất

Đơn vị cơ bản của áp suất trong hệ đo lường SI là Pascal (Pa). 1 Pascal là áp suất
phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vng góc lên bề mặt
đó là 1 Newton (N).
1 Pascal (Pa) = 1 N/m2.
Trong thực tế người ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (MPa).
1 Mpa = 106 Pa.
Ngồi ra cịn dùng đơn vị bar.
1 bar = 105 Pa.
-

1.3.2. Lực

-

Đơn vị của lực trong hệ đo lường SI là Newton (N). 1 Newton (N) là lực tác
động lên đối trọng có khối lượng 1 kg với gia tốc 1m/s2.
1 N = 1 kg.m/s2.

1.3.3.Công

-

Đơn vị của công trong hệ đo lường SI là Joule (J). 1 Joule (J) là công sinh ra
dưới tác động của lực 1 N để vật thể dịch chuyển quảng đường 1 m.
1 J = 1 Nm.

1.3.4.Công suất

-

Đơn vị của công suất trong hệ đo lường SI là Watt (W). 1Watt (W) là công suất,
trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 Joule.
1 W = 1 J/s = 1 Nm/s.

1.3.5.Độ nhớt động

- Độ nhớt động khơng có vai trị quan trọng trong hệ thống điều khiển bằng khí
nén. Đơn vị của độ nhớt động là m2/s. 1m2/s là độ nhớt động của một chất lỏng có độ
nhớt động lực 1 Pa.s và khối lượng riêng 1 kg/m3 .
𝒏
𝒗=
𝝆
Trong đó:
n: độ nhớt động lực [Pa.s].
𝝆 : khối lượng riêng [kg/m3].
v: độ nhớt động [m2/s].
Ngoài ra, người ta còn sử dụng đơn vị đo độ nhớt động là stokes (St) hoặc là
centistokes (cSt).

Hình
MĐ17-01-1
Mối
và độ nhớt động của khơng khí.

quan

hệ

của

áp

suất,

nhiệt

độ


1.4. Đặc điểm của hệ truyền động bằng khí nén

- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể trích chứa dễ
dàng. Như vậy, có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén.
- Có khả năng truyền năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn
thất áp suất trên đường ống nhỏ.
- Đường dẫn khí nén thải ra khơng cần thiết.
- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn
trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn.
- Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được bảo đảm.
Nhược điểm:
- Lực truyền tải thấp.
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi. Bởi vì khả
năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên khơng thể thực hiện được những chuyển
động thẳng hoặc quay đều.
- Dịng khí nén thốt ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn.
Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều

khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách
chính xác, rõ ràng ưu nhược điểm của từng hệ thống điều khiển.
Tuy nhiên, có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng khí nén
đối với truyền động bằng cơ, bằng điện.
2. Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén
2.1. Máy nén khí
Áp suất được tạo ra từ máy nén, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của
động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.
2.1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí
a. Nguyên tắc hoạt động
- Theo nguyên lý thay đổi thể tích
Khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại, như
vậy áp suất trong bình chứa sẽ tăng lên. Các loại máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể
tích gồm: kiểu Piston, bánh răng và cánh gạt.
- Theo ngun lý động năng
Khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động
năng bánh dẫn, nguyên tắc này tạo ra lưu lượng và cơng suất khí lớn. Máy nén khí theo
ngun lý này như: máy nén khí kiểu ly tâm.


b. Phân loại máy nén khí
- 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 ≥ 300 bar
- Theo nguyên lý hoạt động
Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích
Máy nén khí theo nguyên lý động năng
2.1.2. Máy nén khí kiểu piston

4

3
2

1
Hình 1.1. Máy nén khí kiểu piston một cấp
- Cấu tạo cơ bản:
1- Trục quay
2- Pit tong
3- Van xả
4- Van hút
- Nguyên lý hoạt động:


Khi trục quay hoạt động làm Piston đi lên và đi xuống, khi Piston đi xuống van xả
đóng lại van hút mở ra sẽ hút khơng khí vào buồng xy lanh (chu kỳ hút), khi Piston đi lên
van hút đóng lại và van xả mở ra sẽ đẩy khơng khí vào bình chứa (chu kỳ nén và đẩy) và
kết thúc một chu trình, chu trình hoạt động sẽ được lặp lại.
* Loại máy nén khí kiểu Piston một cấp có thể hút được lưu lượng khí đến 10m3/phút với
áp suất nén tới 6bar. Có thể trong một số trường hợp áp suất lên tới 10bar.

Hình 1.2. Máy nén khí kiểu piston
2.1.3. Máy nén khí kiểu Root
Hình 2.3. Hình ảnh máy nén khí kiểu Piston một cấp

Hình 1.3. Máy nén khí kiểu Root


Máy nén khí kiểu Root tạo ra áp suất khơng phải theo ngun lý thay đổi thể tích mà

có thể gọi là sự nén từ dịng khí phía sau. Nghĩa là khi rotor quay được 1 vịng thì vẫn chưa
tạo ra áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rôto quay vịng thứ hai thì dịng lưu lượng đó
đẩy vào dòng lưu lượng ban đầu và cuối cùng mới vào buồng đẩy.Với nguyên tắc này thì
tiếng ồn khi chạy máy sẽ tăng lên.
Máy nén dạng này thường được sử dụng làm máy nén khí hoặc máy hút chân khơng.
2.1.4. Các loại máy nén khí khác
a. Máy nén khí kiểu cánh gạt

Hình 1.4. Ngun lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt
Nhờ có độ lệch tâm e giữa rơ to và stato, cánh gạt có thể chuyển động tịnh tiến xa và
gần so với tâm của rô to nên khi rơ to 2 quay như hình 2.3 trong khoảng từ d đến a theo
chiều quay thì cánh gạt 1 sẽ tịnh tiến ra xa so với trục rô to thể tích buồn hút tăng, tại vị trí
a khoảng cách giữa cánh gạt và tâm rô to là xa nhất trong khoảng này khơng khí được hút
vào buồng hút. Trong khoảng từ a đến b theo chiều quay cánh gạt lại chuyển động vào gần
trục rơ to nên thể tích buồng chứa khí giảm dần và nén khí lại, tiếp tục đến khoảng từ b đến
c cánh gạt có vị trí gần rơ to nhất và khí được đưa tới buồng đẩy hồn thành một chu trình,
chu trình được lặp lại với vịng quay tiếp theo của rơ to.
b. Máy nén khí kiểu trục vít
Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích
khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay được một vịng. Như vậy sẽ tạo
nên q trình hút (thể tích khí lên khoảng trống tăng), q trình nén (thể tích khoảng trống
nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy.


Hình 1.5. Ngun lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt
c. Máy nén khí kiểu tua bin
Máy nén khí tua bin (dạng ly tâm) chủ yếu tạo ra vận tốc của khí (tăng động năng)
sau đó được chuyển thành áp suất và lưu lượng của dịng khí dưới dạng xoắn ốc sau đó đi
vào đường ra. Tốc độ quay thường lớn hơn 3000v/ph. Lưu lượng khí của máy nén dạng
này lớn hơn so với các máy nén theo nguyên lý thay đổi thể tích.

Hình 1.6. Máy nén khí theo kiểu tua bin dạng ly tâm


2.2. Thiết bị xử lý khí nén
2.2.1. Yêu cầu về khí nén
Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn có mức độ
khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi và hới nước có trong khơng khí, những phần tử nhỏ cặn
bã của dầu bơi trơn và truyền động cơ khí. Khí nén mang chất bẩn theo đường ống dẫn khí
sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ và làm hỏng các phẩn tử điều khiển của hệ thống. Vì vậy, khí nén
được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xử lý. Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà
yêu cầu xác định chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể.
Các loại bụi bẩn như hạt bụi, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí
được xử lý trong thiết bị, sau đó khí nén tiếp tục được đưa tới bình ngưng tụ hơi nước. Đây
là giai đoạn xử lý thô, nếu thiết bị giai đoạn này xử lý tốt thì khí nén có thể được sử dụng
cho các dụng cụ cầm tay như đồ gá kẹp đơn giản. Khi sử dụng khí nén trong hệ thống điều
khiển và một số thiết bị đặc biệt thì u cầu chất lượng khí nén cao hơn.
Hệ thống xử lý khí nén chia làm ba giai đoạn
- Lọc thơ: Dùng bộ phận lọc thơ kết hợp với bình ngưng tụ để tách hơi nước.
- Phương pháp sấy khô: Dùng thiết bị sấy khơ khí nén để loại bỏ hầu hết lượng nước
bên trong. Giai đoạn này xử lý theo yêu cầu của khí nén.
- Lọc tinh: Loại bỏ tất cả các loại tạp chất, kể cả các tạp chất kích thước rất nhỏ.
2.2.2. Các phương pháp xử lý khí nén
a. Bình ngưn tụ - Làm lạnh bằng khơng khí (bằng nước)

Hình 1.7. Ngun lý bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước


- Khí nén sau khi ra khỏi máy nén, khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây khí
sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong khơng khí sẽ được ngưng tụ và

tách ra.
- Làm lạnh bằng khơng khí, nhiệt độ khí nén trong bình sẽ đạt trong khoảng từ 300C
đến 350C. Khi làm lạnh bằng nước (ví dụ nước làm lạnh có nhiệt độ 10 0C) thì nhiệt độ khí
nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt 200C.
b. Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh

Hình 1.8. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh
Nguyên lý làm việc của phương pháp sấy khơ bằng chất làm lạnh:
Khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phân trao đổi khí – khí. Tại đây dịng khí nén sẽ
được làm lạnh sơ bộ bằng dịng khí nén đã được sấy khơ. Sau khi được làm sạch sơ bộ,
dịng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh. Quá trình làm lạnh sẽ được
thực hiện bằng cách: dịng khí nén sẽ được đổi chiều trong những ống dẫn nằm trong thiết
bị này, nhiệt độ hóa sương tại đây là 20C. Như vậy lượng hơi nước trong dịng khí nén sẽ
được tạo thành từng giọt nhỏ một.
Lượng hơi nước sẽ được ngưng tụ trong bộ phận kết tủa, ngoài lượng hơi nước được
kết tủa tại đây cịn có các chất bẩn và dầu bôi trơn cũng được tách ra. Dầu, nước, chất bẩn
sau khi tách ra khỏi dịng khí nén sẽ được đưa ra ngồi qua van thốt nước ngưng tụ tự
động. Dịng khí nén sau khi được làm sạch sẽ được đưa qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí
để nhiệt độ đạt khoảng 60C đến 80C trước khi đưa vào sử dụng.


c. Thiết bị sấy khơ bằng hấp thụ
- Q trình vật lý
+ Chất sấy khơ hay cịn gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước trong khơng
khí ẩm ở hai bình sấy khơ.
+ Bình sấy khơ thứ nhất chứa chất sấy khơ và thực hiện q trình sấy khơ
+ Bình sấy khơ thứ hai sẽ tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô (chất háo
nước) mà đã dùng lần trước đó.
+ Chất sấy khơ chủ yếu SiO2.
+ Q trình sấy khơ: Khí nén từ máy nén khí qua van 4 sau đó được sấy khơ nhờ

bình hấp thụ 1. Tại bình hấp thụ 1 tất cả hơi nước được giữ lại, khí nén khơ được ra ngồi
sử dụng qua van 6.
+ Q trình tái tạo: Khí nóng từ máy tạo khí nóng được đưa qua van đảo chiều 7 đến
bình hấp thụ 2 để tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khơ sau đó được thải ra ngồi
nhờ van đảo chiều 8.
+ Trong quá trình làm việc, bình hấp thụ 1 và 2 sẽ thay nhau thực hiện sấy khô và
tái tạo lại chất sấy khô nhờ van đảo chiều số 7 và số 8.

Hình 1.9. Quá trình vận hành của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ


- Q trình hóa học
Khơng khí ẩm sẽ được đưa vào bình từ cửa 1, sau khi đi qua chất hấp thụ 2 lượng
hơi nước trong khơng khí sẽ kết hợp với chất hấp thụ tạo thành những giọt nước lắng
xuống đáy của bình chứa. Phần nước ngưng tụ sẽ được dẫn ra ngồi bằng van 5, phần
khơng khí sấy khô sẽ theo cửa 3 vào hệ thống điều khiển.
2.3. Bộ lọc
Các phương pháp xử lý khí nén nói trên là các phương pháp xử lý khí nén trong
cơng nghiệp. Tuy nhiên trong một số lĩnh vực như dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động
khí nén hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản thì khơng nhất thiết phải tiến hành theo
các bước như vậy.
Đối với các hệ thống như thế sử dụng bộ lọc gồm có 3 phần tử như sau: van lọc, van
điều chỉnh áp suất, van tra dầu.

Hình 1.10. Bộ lọc
3. Thiết bị phân phối và cơ cấu chấp hành
3.1. Thiết bị phân phối khí nén
Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển khí nén từ máy nén khí đến khâu
cuối cùng để sử dụng như máy ép, máy nâng hặc máy rung dùng khí nén. Có thể là hệ thống
điều khiển dùng khí nén hoặc cơ cấu chấp hành như xy lanh.

Truyền tải khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, với mạng đường
ống là được lắp cố định.


Hình 1.11. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén nói chung
a. Bình trích chứa

Hình 1.12. Bình trích chứa khí nén
- Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất từ máy nén khí chuyển đến,
trích chứa, ngưng tụ và tách nước.
- Kích thước của bình phụ thuộc vào cơng suất của máy nén khí và cơng suất tiêu thụ
của các thiết bị máy móc, ngồi ra cịn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén như sử
dụng liên tục hay gián đoạn.
- Bình trích chứa khí nén nên lắp ở khơng gian thống để thực hiện được các nhiệm
vụ như ngưng tụ và tách nước.


- Bình trích chứa có thể lắp theo từng vị trí khác nhau. Đường nối ống khí nén ra
thường ở vị trí cao nhất của bình trích chứa.
b. Mạng đường ống dẫn khí nén
* Mạng đường ống cố định
- Mạng đường ống cố định là mạng đường ống dẫn khí nén được mắc cố định trong
nhà máy.
- Lắp ráp đường ống dẫn khí nén thường nghiêng từ 10 đến 20 so với mặt phằng nằm
ngang
- Trong nhà máy thì mạng đường ống dẫn khí nén thường được lắp ráp và mắc theo
kiểu vịng.
- Ngồi cách lắp theo kiểu vịng cịn có thể mắc trực tiếp từ máy nén khí.

Hình 1.13. Mạng đường ống lắp ráp theo kiểu vòng

* Mạng đường ống di động
- Mạng đường ống di động là mạng đường ống trong dây truyền thiết bị trong các nhà
máy. Mạng đường ống di động đa dạng hơn mạng đường ống cố định.
- Ngoài những đường ống bằng kim loại có thành mỏng như ống dẫn bằng đồng, bằng
nhơm thì người ta còn sử dụng các loại ống bằng nhựa, vật liệu tổng hợp và các đường ống
dẫn bằng cao su.
- Đường kính các ống được chọn phải tương ứng với đường kính các mối nối của phần
tử điều khiển.


3.2. Cơ cấu chấp hành
- Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ
học. Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng (xy lanh), hoặc chuyển động quay (động
cơ khí nén, xy lanh quay)
- Cơ cấu chấp hành thông dụng nhất của hệ thống khí nén là xy lanh
3.2.1. Xy lanh
* Phân loại
Các cơ cấu chấp hành chủ yếu của hệ thống khí nén (xy lanh) được chế tạo với rất
nhiều kiểu dáng và kích cỡ khác nhau bao gồm
- Xy lanh tác động một chiều (khơng có lị xo phục hồi)
- Xy lanh tác động hai chiều khơng có vịng đệm và vòng đệm giảm chấn cố định
- Xy lanh tác động hai chiều có vịng đệm giảm chấn có thể điều chỉnh
- Xy lanh tác động hai chiều có vịng đệm từ trường
- Xy lanh khơng có trục dẫn hướng
- Xy lanh quay
- Tay kẹp
- Xy lanh màng
* Cấu tạo chung của một xy lanh khí nén

1. Đệm đầu trục: Giảm chấn giữa Piston và nắp cuối xy lanh

2. Nam châm: Gắn và chuyển động cùng Piston để cảm biến nhận biết hành trình của
Piston
3. Ống bọc ngồi: Giữ Piston
4. Thân: Bảo vệ


5. Bạc: Giữ cân bằng cần Piston
6. Đệm kín: Giữ khí
7. Nắp xy lanh: Bảo vệ
8. Cấp, thốt khí:
9. Cảm biến từ: Giới hạnh hành trình của Piston trong xy lanh
10. Piston: Truyền năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học
11. Vịng đai: Giữ Piston
12. Đệm Piston: Làm kín
13. Đế xy lanh: Gá lắp
14. Cấp và thốt khí:
3.2.2. Động cơ khí nén
Động cơ khí nén tạo ra chuyển động quay liên tục với nhiều loại khác nhau có thể quay
liên tục theo hai chiều

Hình 1.15. Một ứng dụng của động cơ khí nén
4. Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén
4.1. Khái niệm
a. Khái niệm

Mục tiêu:
- Hiểu và trình bày được các phần tử cơ bản trong hệ thống điều khiển khí nén.
- Một hệ thống điều khiển thường bao gồm các phần tử cơ bản sau: phần tử đưa
tín hiệu, phần tử xử lý tín hiệu, phần tử điều khiển, cơ cấu chấp hành và đối tượng
điều khiển.

Hình 1.16. Cấu trúc của mạch điều khiển và các phần tử.
* Phần tử đưa tín hiệu
- Phần tử này là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển có nhiệm vụ nhận những
giá trị của đại lượng vật lý như là đại lượng vào. Ví dụ: Cơng tắc, nút bấm, cơng tắc
hành trình, các cảm biến.
* Phần tử xử lý tín hiệu
- Phần tử này có nhiệm vụ xử lý tín hiệu nhận vào theo một qui tắc logic xác
định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết
lưu, van logic OR hoặc AND...
* Phần tử điều khiển
- Phần tử này nhận tín hiệu từ phần tử xử lí tín hiệu, có nhiệm vụ điều khiển cơ
cấu chấp hành hoạt động theo một u cầu cơng nghệ nhất định. Ví dụ: Van đảo
chiều, van logic OR, van logic AND...
* Cơ cấu chấp hành
- Phần tử này có nhiệm vụ thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, đó là
đại lượng ra của mạch điều khiển. Ví dụ: xy- lanh, động cơ, bộ biến đổi áp lực ...
4.2. Van đảo chiều

Mục tiêu:
- Hiểu được kí hiệu, qui ước cửa nối van, hướng chuyển động dịng khí nén, tín
hiệu điều khiển của van đảo chiều và cách gọi tên van đảo chiều.
- Hiểu được cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của mốt số van đảo chiều
thường gặp.
- Vận hành được các van đảo chiều trong bài học.
- Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng năng lượng khí nén bằng cách
đóng mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng đi của dịng năng lượng khí nén.

4.2.1. Nguyên lý hoạt động

- Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều: Khi chưa có tín hiệu tác động vào
cửa (12) thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu tác động vào
cửa (12) nịng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3)
bị chặn. Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lò
xo, nòng van trở về vị trí ban đầu.

Hình 1.17. Ngun lý hoạt động của van đảo chiều.

4.2.2. Ký hiệu
a, Chuyển đổi nòng van

- Sự chuyển đổi của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với
các chữ cái o, a, b, c.

- Vị trí "khơng" được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu
ngồi vào. Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí o ở giữa , ký hiệu "o" là vị trí "khơng ".
Đối với van có hai vị trí , thì vị trí "khơng" có thể là vị trí "a" hoặc "b", thơng thường
thì vị trí bên phải "b" là vị trí "khơng ".
b, Qui ước cửa nối van

- Qui ước về cửa nối van đảo chiều được thể hiện trên bảng 5.1.
Bảng 5.1
Tên cửa
ISO 5599
ISO 1219
Cửa cấp nguồn
1
P

Cửa nối với tải
2,4,6…
A,B,C…
Cửa xả khí
3,5,7…
R,S,T…
Cửa nối với tín hiệu điều 12,14,16…
X,Y,Z…
khiển


Ví dụ :

c. Hướng chuyển động của dịng khí
- Bên trong ơ vng của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu
diễn chuyển động của dịng khí nén qua van. Trường hợp dịng khí nén bị chặn
được biểu diễn bằng dấu gạch ngang.
d. Cách gọi tên

- Cách gọi tên: Van đảo chiều + số cửa / số vị trí + tín hiệu tác động.

Hình 1.18. Tên gọi của van đảo chiều.
4.2.3. Tín hiệu tác động
- Nếu ký hiệu lị xo nằm ngay phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều, thì
van đảo chiều đó có vị trí "khơng", vị trí đó là ơ vng phía bên phải của ký hiệu
van đảo chiều và được ký hiệu "o". Điều đó có nghĩa là khi nào chưa có tác động
vào nịng van, thì lị xo tác động giữ van ở vị trí đó. Tác động phía đối diện của
van, ví dụ: tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện giữ ơ vng phía
bên trái của van và được ký hiệu "1". Trong hình 1.19 là sơ đồ biểu diễn các loại tín
hiệu tác động lên nòng van đảo chiều.

Hình 1.19. Tín hiệu tác động.
4.2.4. Một số van đảo chiều thường gặp
a. Van đảo chiều có vị trí "0"
- Là loại van khi khơng có tín hiệu tác động thì sẽ được phục hồi bằng lị xo.
* Van đảo chiều 2/2, tác động cơ học - đầu dò:
Khi chưa có tác động van đang ở vị trí "0", cửa 1 bị chặn. Khi đầu dò bị tác
động, van chuyển sang vị trí "1", cửa 1 nối với cửa 2.


Hình 1.20. Van đảo chiều 2/2 tác động đầu dị.
* Van đảo chiều 3/2 tác động cơ học - đầu dị:
Khi chưa có tác động van đang ở vị trí "0", cửa 1 bị chặn, cửa 2 nối với cửa
3. Khi đầu dò bị tác động, van chuyển sang vị trí "1", cửa 3 bị chặn cửa 1 nối với
cửa 2.

Hình 1.21. Van đảo chiều 3/2 tác động đầu dị.
* Van đảo chiều 3/2 tác động bằng tay - nút ấn:
Khi chưa có tác động, van đang ở vị trí "0", cửa 1 bị chặn, cửa 2 nối với cửa
3. Khi nút bấm bị tác động, van chuyển sang vị trí "1", cửa 3 bị chặn, cửa 1 nối với
cửa 2.

Hình 1.22. Van đảo chiều 3/2 tác động nút bấm.
* Van đảo chiều 4/2 tác động bằng bàn đạp:
Khi chưa có tác động, van đang ở vị trí "0", cửa 1 nối với cửa 4, cửa 3 nối với
cửa 2. Khi bàn đạp bị tác động, van chuyển sang vị trí "1", cửa 1 nối với cửa 2, cửa
3 nối với cửa 4.

Hình 1.23. Van đảo chiều 4/2 tác động bằng bàn đạp.