Giáo trình Điều khiển thủy lực khí nén (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ


GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/MƠ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC KHÍ NÉN
NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HĨA
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 198/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020
(Lưu hành nội bộ)


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng
nguyên 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
Giáo trình Hệ thống điều khiển thủy lực – khí nén được biên soạn dành cho sinh viên
cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) của Trường Cao Đẳng Dầu
Khí và thuộc mơn học chun ngành. Các sinh viên nghề SCTBTĐH trước khi học môn
học này cần hồn thành mơn học cơ sở ngành.
Nội dung của giáo trình gồm 05 bài:
Bài 1: Tổng quan hệ thống thủy lực khí nén
Bài 2: Các phần tử cơ bản trong hệ thống điều khiển thủy lực khí nén
Bài 3: Phương pháp điều khiển theo tầng hệ thống thủy lực, khí nén

Bài 4: Phương pháp điều khiển theo tầng hệ thống điện khí nén
Bài 5: Phương pháp điều khiển theo nhịp
Trong q trình biên soạn, chúng tơi đã tham khảo và trích dẫn từ nhiều tài liệu
được liệt kê tại mục Danh mục tài liệu tham khảo. Chúng tôi chân thành cảm ơn các tác
giả của các tài liệu mà chúng tơi đã tham khảo.
Bên cạnh đó, giáo trình cũng khơng thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Nhóm
tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phản hồi từ quý đồng nghiệp, các
bạn người học và bạn đọc.
Trân trọng cảm ơn./.
Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2020
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: ThS. Nguyễn Xn Thịnh
2. ThS. Ngơ Trí Tùng
3. ThS. Nguyễn Thái Bảo


MỤC LỤC
BÀI 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỦY LỰC KHÍ NÉN .......................... 1
1.1. CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN ..................................................................... 1
1.1.1. Áp suất ........................................................................................................ 1
1.1.2. Lực: ............................................................................................................. 3
1.1.3. Công: ........................................................................................................... 3
1.1.4. Công suất:.................................................................................................... 3
1.2. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC KHÍ NÉN: ............. 3
1.2.1. Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển bằng khí nén: .................................... 3
1.2.2. Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển bằng thủy lực:................................... 4
BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
THỦY LỰC KHÍ NÉN ....................................................................................... 2
2.1. PHẦN TỬ CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG: ................................................. 3
2.1.1. Máy nén khí: ............................................................................................... 3

2.1.2. Hệ thống bể dầu, bơm thủy lực: .................................................................. 5
2.2. PHẦN TỬ TÍN HIỆU VÀO: ...................................................................... 8
2.2.1. Nút nhấn: ................................................................................................... 10
2.2.2. Cảm biến: .................................................................................................. 11
2.2.3. Cơng tắc hành trình: .................................................................................. 12
2.3. PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU:................................................................. 10
2.3.1. Van áp suất: ............................................................................................... 10
2.3.2. Van Logic: ................................................................................................. 11
2.4. PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN: ........................................................................ 12
2.4.1. Nguyên lý hoạt động của phần tử điều khiển: .......................................... 12
2.4.2. Các phần tử điều khiển được sử dụng trong mạch điều khiển:................. 14
2.5. PHẦN TỬ CHẤP HÀNH: ........................................................................ 16
2.5.1. Xi lanh: ...................................................................................................... 16
2.5.2. Động cơ: .................................................................................................... 18
2.6. CÁC PHẦN TỬ KHÁC:........................................................................... 20
2.6.1. Timer, Counter: .......................................................................................... 20
2.6.2. Van tiết lưu:............................................................................................... 21
2.6.3. Van thoát nhanh: ....................................................................................... 22


BÀI 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG HỆ THỐNG THỦY
LỰC, KHÍ NÉN ................................................................................................. 34
3.1. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO TẦNG: .................... 35
3.2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÁC CƠ CẤU/ MÁY THỰC TẾ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP CHIA TẦNG: .............................................................. 38
BÀI 4: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG TRONG HỆ THỐNG
ĐIỆN KHÍ NÉN ................................................................................................. 49
4.1. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO TẦNG: .................... 49
4.2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÁC CƠ CẤU/ MÁY THỰC TẾ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP CHIA TẦNG: .............................................................. 51

BÀI 5: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP ................................. 59
5.1. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP HỆ
THỐNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN: ............................................................ 63
5.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP HỆ
THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN ........................ Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 73


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
ĐK
TLKN
P
F
A
KN
ĐKN
HTB
J
W

Điều khiển
Thủy lực khí nén
Áp suất
Lực
Tiết diện
Khí nén
Điện khí nén
Hành trình bước
Joule
Watt

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu diễn áp suất
Hình 1.2: Dải áp suất thường được sử dụng trong công nghiệp
Hình 2.1: Cấu trúc mạch ĐK và các phần tử
Hình 2.2: Chu kỳ hoạt động máy nén khí Pittơng
Hình 2.3: Máy nén khí kiểu cánh gạt
Hình 2.4: Máy nén khí kiểu Root
Hình 2.5: Máy nén khí kiểu trục vít
Hình 2.6: Máy nén khí ly tâm
Hình 2.7: Bồn dầu thủy lực
Hình 2.8: Bộ lọc khí nén
Hình 2.9: Van lọc khí nén
Hình 2.10: Van điều áp
Hình 2.11: Van tra dầu
Hình 2.12: Nút nhấn thường đóng
Hình 2.14: Kí hiệu cảm biến tiệm cận điện dung
Hình 2.17: Kí hiệu van tràn, van an tồn
Hình 2.18: Cấu tạo van an tồn, kiểu bi
Hình 2.19: Kí hiệu van giảm áp
Hình 2.23: Trạng thái ban đầu van đảo chiều khơng duy trì 3/2
Hình 2.24: Trạng thái khi cổng điều khiển tác động
Hình 2.25: Trạng thái ban đầu van đảo chiều duy trì 3/2
Hình 2.26: Trạng thái khí 12 tác động, 14 khơng tác động
Hình 2.27: Trạng thái khi 14 tác động, 12 khơng tác động
Hình 2.28: Tín hiệu tác động bằng tay
Hình 2.29: Tín hiệu tác động bằng cơ
Hình 2.33: Xi lanh tác động kép
Hình 2.34: Xi lanh màng

Hinh 2.35: Xi lanh quay
Hình 2.36: Xi lanh lồng
Hình 2.37: Xilanh giảm chấn
Hình 2.38: Xilanh có vị trí pit - tơng trung gian
Hình 2.39: Ký hiệu động cơ khí nén.
Hình 2.43: Động cơ trục vít
Hình 2.44: Timer khí nén T-ON
Hình 2.45: Van 1 chiều
Hình 2.46: Van tiết lưu 1 chiều
Hình 2.47: Van thốt nhanh
Hình 2.48: Van áp suất tuần tự
Hình 2.49: Bộ ổn tốc
Hình 2.50: Rơ le đóng mạch
Hình 2.51: Rơ le điều khiển
Hình 2.52: Rơ le đóng chậm
Hình 2.53: Rơ le mở chậm
Hình 2.54: Cách khai báo Cơng tắc hành trình 2 chiều
Hình 2.55: Cách khai báo Cơng tắc hành trình 1 chiều

2
3
3
4
4
5
5
5
6
6
7

7
8
8
9
11
11
11
13
13
14
14
14
15
15
17
17
17
17
18
18
18
20
20
21
21
21
22
22
23
23

23
24
24
25


Hình 2.56: Cách khai báo Van đảo chiều khơng duy trì
Hình 2.57: Cách khai báo Van đảo chiều duy trì
Hình 2.58: Cách khai báo Cơng tắc hành trình
Hình 2.59: Cách khai báo Cơng tắc áp suất
Hình 2.60: Cách khai báo Giác hút chân khơng
Hình 2.61: Cách khai báo Timer
Hình 2.62: Cách khai báo Counter
Hình 2.63: Cách khai báo cơng tắc hành trình
Hình 2.64: Cách khai báo van điện từ duy trì
Hình 2.65: Cách khai báo van điện từ khơng duy trì
Hình 2.66: Cách khai báo cuộn dây van điện từ
Hình 2.67: Cách khai báo Relay
Hình 2.68: Cách khai báo bộ đếm
Hình 2.69: Cách khai báo cảm biến tiệm cận
Hình 3.1: Chuyển đổi biểu đồ chuyển động
Hình 3.2: Biểu đồ hành trình thời gian
Hình 3.3: Biểu đồ điều khiển
Hình 3.4: Biểu đồ chức năng
Hình 3.5: Biểu đồ hành trình bước
Hình 3.6: Kí hiệu biểu đồ trạng thái
Hình 3.7: Module điều khiển theo nhịp khí nén kiểu A
Hình 3.8: Module điều khiển theo nhịp kiểu B
Hình 3.9: Module điều khiển theo nhịp kiểu C
Hình 3.10: Mạch Logic điều khiển theo nhịp

Hình 3.11: Mạch Logic điều khiển theo nhịp
Hình 3.12: Quy trình thực hiện theo nhịp nhảy cóc
Hình 3.13: Quy trình thực hiện theo nhịp lặp lại
Hình 3.14: Sơ đồ minh họa ĐK theo nhịp KN
Hình 3.15: Mạch điều khiển theo nhịp ĐKN (5 nhịp)
Hình 3.16: Sơ đồ minh họa ĐK theo nhịp ĐKN
Hình 4.1: Chia tầng trực tiếp trên sơ đồ HTB
Hình 4.2: Ví dụ gộp tầng
Hình 4.3: Chia tầng theo chu trình kín
Hình 4.4: Mạch điều khiển khí nén 2 tầng
Hình 4.5: Mạch điều khiển khí nén 3 tầng
Hình 4.6: Mạch điều khiển khí nén 4 tầng
Hình 4.7: Mạch ĐK KN 2 tầng – trùng hành trình
Hình 4.8: Mạch ĐK KN 3 tầng – trùng hành trình
Hình 4.9: Mạch ĐK KN 4 tầng – trùng hành trình
Hình 4.10: Ví dụ chia tầng KN
Hình 4.11: Thiết kế phương trình chia tầng KN
Hình 4.12: Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 4.13: Sơ đồ ví dụ ĐK theo tầng KN
Hình 5.1: Chia tầng trực tiếp trên sơ đồ HTB
Hình 5.2: Ví dụ gộp tầng
Hình 5.3: Chia tầng theo chu trình kín
Hình 5.4: Mạch điều khiển 2 tầng ĐKN
Hình 5.5: Mạch điều khiển 3 tầng ĐKN

25
25
25
26
26

26
27
27
28
28
28
29
29
29
35
35
36
36
37
37
38
39
39
39
40
40
40
40
43
43
50
50
51
51
52

52
52
53
53
53
54
54
54
63
63
64
64
64


Hình 5.6: Mạch điều khiển 4 tầng ĐKN
Hình 5.7: Ví dụ chia tầng ĐKN
Hình 5.8: Thiết kế phương trình chia tầng ĐKN
Hình 5.9: Sơ đồ mạch ĐK ĐKN
Hình 5.10: Sơ đồ ví dụ ĐK theo tầng ĐKN

65
65
65
66
66


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng qui đổi các đơn vị áp suất
Bảng 2.1: Kí hiệu phần tử tín hiệu vào thơng dụng
Bảng 2.2: Kí hiệu các phần tử điều khiển thông dụng

2
10
15


GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
THỦY LỰC KHÍ NÉN
1. Tên mô đun: Hệ thống điều khiển thủy lực - khí nén
2. Mã mơ đun: TĐH19MĐ13
Thời gian thực hiện mô đun: 90 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành: 60 giờ)
Số tín chỉ: 04
3. Vị trí, tính chất ý nghĩa và vai trị của mơ-đun:
3.1 Vị trí: Mơ đun được bố trí sau khi sinh viên học xong các mơn học đo lường điện,
kỹ thuật số, khí cụ điện;
3.2 Tính chất: Giáo trình cung cấp kiến thức, kỹ năng và năng lực tự chủ và trách nhiệm
cho người học liên quan đến cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các loại thiết
bị trong hệ thống điều khiển thủy lực – khí nén. Người học sẽ thiết kế, vận hành và lắp
ráp được các hệ thống điều khiển trong hệ thống thủy lực khí nén.
3.3 Ý nghĩa và vai trị của mơ-đun: là mơn học khoa học mang tính thực tế và ứng
dụng thực tiễn dành cho đối tượng là người học chuyên ngành sửa chữa thiết bị tự động
hóa. Mơ-đun này đã được đưa vào giảng dạy tại trường Cao Đẳng Dầu Khí từ năm 2018
đến nay. Nội dung chủ yếu của mô-đun này nhằm cung cấp các kiến thức và kỹ năng
thuộc lĩnh vực thủy lực khí nén: (1) Tổng quan hệ thống thủy lực khí nén; (2) Các phần
tử cơ bản trong hệ thống điều khiển thủy lực khí nén; (3) Phương pháp điều khiển theo
tầng hệ thống thủy lực, khí nén; (4) Phương pháp điều khiển theo tầng hệ thống điện khí
nén; (5) Phương pháp điều khiển theo nhịp.

4. Mục tiêu mô đun:
- Về kiến thức:
+

A1. Trình bày nguyên lý hoạt động của các phần tử khí nén, thủy lực.

+

A3. Thuyết minh được các ký hiệu phần tử thủy lực khí nén.

+

-

-

A2. Phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển khí nén, thủy lực.
Về kỹ năng:

+

B1. Thiết kế được mạch điều khiển thủy lực khí nén.

+

B2. Lắp đặt và đấu nối được các phần tử và vận hành được mạch điều khiển hệ
thống thủy lực khí nén.

+

B3. Khắc phục được các lỗi cơ bản của hệ thống thủy lực, khí nén.
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+

C1. Có thái độ tự tin, vững vàng khi làm việc với phần tử và mạch điều khiển hệ
thống thủy lực khí nén.

+

C2. Tuân thủ các bước, nguyên tắc an toàn trong quá trình học tập.

+

C4. Có ý thức bảo quản thiết bị, vệ sinh an toàn lao động.

+

C3. Chủ động, sáng tạo, phối hợp tốt phương pháp làm việc theo nhóm.

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 1


5. Chương trình mơ-đun:
5.1. Chương trình khung:

Thời gian học tập (giờ)
Trong đó

Thực
Kiểm
hành/
tra
thực tập/
Lý
thuyết thí nghiệm/
bài tập/
LT TH
thảo luận

Tên mơn học, mơ đun

Số
tín
chỉ

Tổng
số

Các mơn học chung/đại
cương

21

435

157

255

15

MHCB19MH02 Giáo dục chính trị

4

75

41

29

5

MHCB19MH04 Pháp luật

2

30

18

10

2

MHCB19MH06 Giáo dục thể chất

2

60

5

51

4

75

36

35

3

75

15

58

6

120

42

72

6

76

1755

613

1069

43

30

16
2
2
3
3
3
3

300
30
45
60
60
45
60

152
26
14
28
28
28
28

132
2
29
29
29
14
29

12
2
1
2
2
3
2

4

60

1455

461

937

31

26

3
5
3

60
90
45

28
56
42

29
29
0

2
4
3

1

1

5

120

28

87

2

3

4
5
3
2

90
120
60
45

28
28
28
14

58

87
29
29

2
2
2
1

2
3
1
1

4

90

28

58

2

2

5

120

28

87

2

3

Mã
MH/MĐ/HP

I

MHCB19MH08

Giáo dục quốc phòng và
An ninh

MHCB19MH10 Tin học
TA19MH02

Tiếng Anh

Các môn học, mô đun
chuyên môn ngành, nghề
II.1
Môn học, mơ đun cơ sở
ATMT19MH01 An tồn vệ sinh lao động
TĐH19MH01 An tồn Tự động hóa
KTĐ19MĐ05 Điện kỹ thuật 1

TĐH19MĐ02 Điện tử cơ bản
KTĐ19MĐ13 Khí cụ điện
KTĐ19MĐ08 Đo lường điện
Mơn học, mô đun chuyên
II.2
môn ngành, nghề
TĐH19MĐ04 Kỹ thuật số
TĐH19MH05 Thiết bị đo lường
TĐH19MH06 Bản vẽ thiết bị đo lường
Hiệu chuẩn thiết bị đo
TĐH19MĐ07
lường
TĐH19MĐ08 Lắp đặt hệ thống TĐH 1
TĐH19MĐ09 Lắp đặt hệ thống TĐH 2
TĐH19MĐ10 Cơ sở điều khiển quá trình
TĐH19MĐ12 Đấu nối dây
Hệ thống điều khiển thủy
TĐH19MĐ13
lực - khí nén
TĐH19MĐ15 PLC
II

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 2

8

4
2

2
2

1
1
1
1


Mã
MH/MĐ/HP

TĐH19MĐ17
TĐH19MĐ18
TĐH19MĐ19
TĐH19MH20
TĐH19MH21
TĐH19MH22

Tên môn học, mô đun

Hệ thống điều khiển phân
tán (DCS)
Điều khiển quá trình nâng
cao
Kiểm tra, chạy thử và xử lý
lỗi vịng điều khiển
Thiết bị phân tích và theo
dõi

Khóa luận tốt nghiệp
Thực tập sản xuất
Tổng số

Thời gian học tập (giờ)
Trong đó
Thực
Kiểm
hành/
tra
thực tập/
Lý
thuyết thí nghiệm/
bài tập/
LT TH
thảo luận

Số
tín
chỉ

Tổng
số

3

60

28

29

2

1

4

90

28

58

2

2

2

45

14

29

1

1

4

60

42

14

4

3
5
97

135
225
2190

27
14
770

105
209
1324

58

5.2. Chương trình chi tiết mơ-đun:
Thời gian (giờ)

Thực hành,
Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm tra
số thuyết thảo luận,
bài tập
LT TH

Số TT

Nội dung tổng quát

1

Bài 1: Tổng quan hệ thống thủy lực khí nén

2

2

0

2

Bài 2: Các phần tử cơ bản trong hệ thống
22
điều khiển thủy lực khí nén

12

9

3

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

24

5

18

4

Bài 4: Phương pháp điều khiển theo tầng hệ 22
thống thủy lực khí nén

5

17

5

Bài 5: Phương pháp điều khiển theo tầng hệ 20
thống điện khí nén

4

14

1

28

58

2

Cộng

90

1
1

6. Điều kiện thực hiện mơ-đun:
6.1. Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng:
-

Phịng học lý thuyết: đáp ứng phịng học chuẩn.

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 3

1
2

3
2
38

-

Phịng thực hành: Phịng thủy lực – khí nén.

6.2. Trang thiết bị máy móc:
-

Máy tính, máy chiếu, bảng, phấn, bút viết bảng/phấn trắng và màu, giẻ lau

-

Các thiết bị, máy móc: các thiết bị thủy lực khí nén, các bàn gá đặt thiết bị, các dây
và ống nối, kìm cắt, cờ lê, đồng hồ số và các thiết bị/ công cụ/dụng cụ khác như đã
liệt kê ở mục III.

6.3. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:
-

Giáo trình, giáo án.

-

Các bản vẽ cấu tạo các thiết bị thủy lực, khí nén.

-

Qui trình thực hành (nếu có).

-

Phiếu đánh giá thực hành.

-

Phần mềm chuyên dụng.

6.4. Các điều kiện khác:
7. Nội dung và phương pháp đánh giá
7.1. Nội dung:
-

Kiến thức: bài 1, bài 2, bài 3, bài 4, bài 5.

-

Kỹ năng: bài 2, bài 3, bài 4, bài 5.

-

Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc;
+ Tuân thủ nghiêm túc các quy định an tồn trong hệ thống thủy lực khí nén.
7.2. Phương pháp đánh giá:
7.1 Kiểm tra thưởng xuyên:
-

Số lượng bài: 02.

-

Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện tại thời
điểm bất kỳ trong quá trình học thông qua việc kiểm tra vấn đáp trong giờ học,
kiểm tra viết với thời gian làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội
dung thực hành, thực tập, chấm điểm bài tập.

7.2 Kiểm tra định kỳ:
-

Số lượng bài: 04, trong đó 02 bài lý thuyết và 02 bài thực hành.

-

Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện theo theo
số giờ kiểm tra được quy định trong chương trình mơn học ở mục III có thể bằng
hình thức kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút, chấm điểm bài tập lớn, tiểu luận, làm bài
thực hành, thực tập. Giáo viên biên soạn đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án và đề
kiểm tra thực hành kèm biểu mẫu đánh giá thực hành theo đúng biểu mẫu qui định.

7.3 Thi kết thúc môn học: lý thuyết và thực hành.
-

Hình thức thi: Tích hợp trắc nghiệm và thực hành

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 4

-

Thời giant thi: 90÷120 phút.

-

Chuẩn đầu ra đáp ứng: A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3, C4.
Stt

Bài kiểm tra

Hình thức
kiểm tra

Nội dung

Chuẩn đầu
ra đáp ứng

Thời gian

1. Bài kiểm tra Lý thuyết: tự Bài 1, bài 2
số 1
luận/trắc
nghiệm/báo
cáo

A1, A2

2. Bài kiểm tra Thực hành

số 2

B1, B2, C1, 90÷120
C2, C3, C4. phút

Bài 2 và bài 3

3. Bài kiểm tra Lý thuyết: tự Bài 3, bài 4 và A2, A3
số 3
luận/trắc
bài 5
nghiệm/báo
cáo
4. Bài kiểm tra Thực hành
số 4

Bài 4 và bài 5

45÷60 phút

45÷60 phút

B1, B2, B3, 90÷120
C1, C2, C3, phút
C4.

5. Thi kết thúc Lý thuyết + Bài 1, bài 2 và A1,
A2, 90÷120
mơ đun
thực hành

bài 3, bài 4, A3, B1, B2, phút
bài 5
B3, C1, C2,
C3, C4.
8. Hướng dẫn thực hiện mô-đun
8.1. Phạm vi áp dụng chương trình
-

Chương trình mơ đun này được áp dụng cho nghề sửa chữa thiết bị tự động hóa,
trình độ trung cấp và cao đẳng.

8.2. Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy, học tập môn học:
-

Đối với giảng viên/giáo viên:
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết hoặc tích hợp hoặc thực hành phù hợp
với từng chương/bài học với thời lượng theo giờ dạy hoặc theo buổi dạy.
+ Tổ chức giảng dạy: tập trung đối với giờ lý thuyết và chia ca đối với giờ thực
hành theo qui định.

-

Đối với người học:
+ Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được
cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện,
tài liệu...)
+ Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số
tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau.

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 5


+ Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc
theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 6-8 người học sẽ được cung
cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu
trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để
phát triển và hồn thiện tốt nhất tồn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
+ Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
+ Tham dự thi kết thúc môn học.
+ Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
8.3. Những trọng tâm chương trình cần chú ý: Các bài có nội dung quan trọng như
nhau.
9. Tài liệu cần tham khảo:
[1]. Điều khiển điện khí nén, Trường Cao Đẳng Nghề Phú Thọ
[2]. PGS TS Lê Hiếu Giang, TS Nguyễn Hồng Hạnh,, Công nghệ thủy lực và khí nén,
NXB Đại học quốc gia
[3]. Nguyễn Văn Ban, Chu Văn Đức, Giáo trình điều khiển điện khí nén, Trường Cao
Đẳng Nghề Đắc Lắk (2014)
[4]. Nguyễn Phúc Đáo, Hệ thống khí nén – thủy lực, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
[5]. Bùi Minh Thảo, Hệ thống điều khiển thủy lực khí nén, Trường Cao Đẳng Dầu Khí
(2013)
[6]. Phan Đình Huấn, Thực hành khí nén, NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh,
(2015)
[7]. Nhiều tác giả, chuyên ngành Cơ điện tử, tủ sách Nhất nghệ tinh, NXB Trẻ, năm
2017;
[8]. Nhiều tác giả, Sổ tay cơ khí, NXB Thế giới, tủ sách chuyên ngành Châu Âu, năm
2018;
[9]. Table, Standards, Formulas, Mechanical and Metal Trades Handbook, EuropaTechnical Book Serier, Europa Lehrmittel

[10]. W. Haring, M. Metger, R.-C. Weber, Electropneumatics Advanced level, Festo
Didactic GmbH & Co. KG.
[11]. W. Braungardt, P. Lobelenz, G.Mark, FESTO Pneumatische Grundsteuerungen,
Festo Didactic GmbH & Co. KG.
[12]. J. P. Hasebrink, R. Kobler, FESTO Fundamentals of pneumatic control
engineering, Festo Didactic GmbH & Co. KG.
[13]. M. Pany, S. Scharf, FESTO Electropneumatics Basic level, Festo Didactic GmbH
& Co. KG.
Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 6


[14]. Doris Schwarzenberger, FESTO Pneumatics Basic level, Festo Didactic GmbH &
Co. KG.

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 7


BÀI 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỦY LỰC KHÍ NÉN
GIỚI THIỆU BÀI 1:
Bài 1 là bài giới thiệu tổng quan về hệ thống thủy lực khí nén: các đại lượng cơ bản, Ưu
nhược điểm hệ thống thủy lực, khí nén
MỤC TIÊU CỦA BÀI 1 LÀ:
Về kiến thức:
Trình bày được ưu nhược điểm của hệ thống thủy lực khí nén.
Ứng dụng của hệ thống thủy lưc khí nén.
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

Nghiêm túc, tuân thủ đúng qui định an tồn trong hệ thống thủy lực khí nén.
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1
Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp,
dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 1 (cá
nhân hoặc nhóm).
Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hồn thành đầy
đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho
người dạy đúng thời gian quy định.
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1
Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng thủy lực – khí nén.
Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo,
giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan, các thiết bị thủy lực khí nén, các bàn gá đặt
thiết bị, các dây và ống nối, kìm cắt, cờ lê, đồng hồ số và các thiết bị/ cơng cụ/dụng cụ
khác.
Các điều kiện khác: khơng có
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1
Nội dung:
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
Phương pháp:
Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng hoặc kiểm tra viết
dưới 30 phút.)
Kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành: khơng có.
1.1. CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

1.1.1. Áp suất
a. Định nghĩa:
Áp suất (P) là một đại lượng vật lý, được định nghĩa là lực trên một đơn vị diện tích tác
dụng theo chiều vng góc với bề mặt của vật thể. Trong hệ SI, đơn vị của áp suất bằng
Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 1


Newton trên mét vuông (N/m2), được gọi là Pascal (Pa) mang tên nhà toán học và vật
lý người Pháp Blaise Pascal. Áp suất 1 Pa là rất nhỏ.

Hình 1.1: Biểu diễn áp suất
b. Các đơn vị áp suất thông dụng:
Pa

bar

Pa

1

1x10-5

bar

1x105

1

KG/cm2 9,80665x104 9.80665x10-1

KG/cm2

atm

mmH20

mmHg

psi

1,01972x10-5 9,86923x10-6 1,01972x10-1 7,50062x10-3 1,45038x10-8
9,86923x10-1 1,01972x104 7,50062x102

1,45048x10

1

9,67841x10-1

1x104

7,35559x102

1,42234x10

7,60x102

1,46960x10

1,01972

atm

1,01325x105

1,01325

1,03323

1

1,03323x104

mmH20

9,80665

9,80665x10-5

1x10-4

9,67841x10-5

1

7,35559x10-2 1,42234x10-3

mmHg

1,33322x102 1,33322x10-5 1,35951x10-3 1,31579x10-3 1,35951x10-3

1

1,93368x10-2

psi

6,89473x103 6,89473x10-2 7,03065x10-2 6,80457x10-2 7,03067x102

5,17147x10

1

Bảng 1.1: Bảng qui đổi các đơn vị áp suất
c. Phân loại áp suất:
- Áp suât tương đối: Áp suất so với áp suất khí quyển (Áp suất khí quyển có giá trị
bằng 1atm). Kí hiệu bằng chữ g phía sau mỗi đơn vị hoặc khơng có ghi kí hiệu. Ví dụ
1 psig hay 1 psi...
- Áp suất tuyệt đối: Áp suất so với chân khơng tuyết đối (Mơi trường khơng tồn tại
khơng khí hay hút hết khơng khí). Kí hiệu bằng chữ a phía sau mỗi đơn vị. Ví dụ 1
psia...
- Áp suất chênh áp: Chênh lệch giữa 2 nguồn áp suất (Hiệu áp suất), có phân biệt dấu
±.

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 2

Áp suất tuyệt đối
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

Áp suất dư
16
15
14
13
12
11
10
9

8
7
6
5
4
3
2
1
0

Khoảng áp suất
công nghiệp
mở rộn g

Khoảng áp suất
thường sử dụng

Áp suất thấp

Áp suất khí quyển
Chân không tuyệt đối

Hình 1.2: Dải áp suất thường được sử dụng trong công nghiệp
1.1.2. Lực:
Áp lực là lực tác động lên diện tích bề mặt của một vật. Lực ép vng góc với diện tích
bề mặt chịu lực. Áp lực là đại lượng véc-tơ, tuy nhiên vì đã xác định được phương
(vng góc với bề mặt chịu lực) và chiều (hướng vào mặt chịu lực) nên khi nói về áp
lực, người ta có thể chỉ nói về độ lớn (cường độ). Đơn vị đo của áp lực là Newton (N),
F = P. A .
1.1.3. Công:

Khi lực không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s
theo hướng hợp với hướng của lực góc thì cơng thực hiện bởi lực đó được tính theo
công thức: A = F .s.cos(α )
Đơn vị của công là Joule (J), 1 Joule là công sinh ra dưới tác dụng 1 Newton để vật thể
1J 1=
Nm 1
dịch chuyển quãng đường 1m.=

m 2 kg
s2

1.1.4. Công suất:
Công suất là đại lượng được đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian P =
đơn vị của công là Joule/giây (J/s) hoặc Watt (W).
1.2. ƯU NHƯỢC ĐIỂM HỆ THỐNG THỦY LỰC KHÍ NÉN:
1.2.1. Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển bằng khí nén:
a. Ưu điểm:
Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 3

A
,
t


-

Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn

-

thất áp suất trên đường dẫn ít.
Do khả năng chịu nén lớn của khơng khí vì vậy khả năng tích chứa áp suất khí nén

-

một cách thuận lợi.
Khí nén có thể thải ra dễ dàng ngồi khơng khí nên đường dẫn khí thải ra khơng cần

-

thiết.
Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén.

-

Hệ thống khí nén sạch sẽ, cho dù có sự rị rỉ khơng khí nén ở hệ thống ống dẫn cũng
khơng tồn tại mối đe dọa nhiễm bẩn.

-

Dễ điều khiển với độ chính xác cao.
b. Nhược điểm:

-

Lực truyền tải trọng thấp

-

Khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền cũng thay đổi.
Khả năng đàn hồi của khí nén lớn do đó khơng thể thực hiện những chuyển động
thẳng hay quay đều.
Khí thốt ra gây tiếng ồn.

-

1.2.2. Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển bằng thủy lực:
a. Ưu điểm:
- Truyền động công suất lớn
- Khả năng điều khiển vị trí chính xác
- Có thể khởi động với tải trọng nặng
- Hoạt động êm, trơn khơng phụ thuộc vào tải trọng vì chất lỏng hầu như không chịu
nén
- Điều khiển, điều chỉnh tốt.
b. Nhược điểm:
- Có thể gây bẩn, ơ nhiễm mơi trường
- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệusuất và
hạn chế phạm vi sử dụng.
- Nguy hiểm khi áp suất vượt quá mức an tồn (đặc biệt với ống dẫn)
- Hiệu suất thấp
 TĨM TẮT NỘI DUNG BÀI 1:
1.1 Các đại lượng cơ bản
1.2 Ưu nhược điểm hệ thống thủy lực, khí nén
 CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 1:
Câu 1: Ưu điểm nào là của hệ thống Câu 2: Nhược điểm nào là của hệ thống
truyền động bằng Thủy lực?
truyền động bằng thủy lực?
A. Truyền động cơng suất lớn, có thể khởi A. Khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền

động với tải trọng nặng
cũng thay đổi
Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 4


B. Hệ thống hoạt động sạch sẽ, rò rỉ cũng B. Lực truyền tải trọng thấp
không tồn tại mối đe dọa nhiễm bẩn
C. Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ
bên trong các phần tử, làm giảm
C. Lực truyền tải trọng thấp
hiệusuất và hạn chế phạm vi sử dụng.
D. Khả năng chịu nén lớn
D. Tất cả đều đúng
Câu 3: Trong các đơn vị sau, đơn vị nào Câu 4: Phát biểu nào sau đây về áp suất
là đơn vị của áp suất?
dư là đúng?
A. Bar
A. Áp suất dư là áp suất so với áp suất
B. Pascal
chân không.
C. Psi
B. Áp suất dư là khối lượng khí quyển
D. Tất cả đều đúng
chịu tác dụng của lực hút trái đất tạo ra
áp suất trên tất cả các bộ phận của trái
đất.
C. Áp suất dư nhỏ hơn áp suất khí quyển,
lớn hơn áp suất chân không.

D. Áp suất dư là áp suất so với áp suất khí
quyển.
Câu 5: Áp suất chân khơng tuyệt đối có Câu 6: Cho vật có khối lượng 1 kg tác
giá trị bằng?
dụng lên diện tích 14,6 cm2. Khi đó áp
suất tác dụng sẽ bằng…
A. 0 psig
B. 1 psi
A. 1 Pa
C. 14,6 psig
B. 1 bar
D. 0 psia
C. 1 psi
D. Cả 3 đáp án còn lại đều sai
Câu 7: Cho lực 1N tác dụng lên diện tích Câu 8: Phương trình trạng thái nhiệt động
1 m2. Khi đó áp suất tác dụng sẽ
học khi cả áp suất, nhiệt độ và thể tích
bằng…
thay đổi là, nhiệt độ và thể tích thay
đổi là gì? (P1, T1, V1 là áp suất, nhiệt
A. 1 Pa.
độ, thể tích tại trạng thái 1; P2, T2, V2
B. 1 bar.
là áp suất, nhiệt độ, thể tích tại trạng
C. 1 Psi.
thái 2)
D. Cả 3 đáp án còn lại đều sai.
P1.V1 P2 .V2
=
T1

T2
P .T P .T
B. 1 1 = 2 2
V1
V2
V .T V .T
C. 1 1 = 2 2
P1
P2
P .V P .V
D. 1 1 = 2 2
T2
T1

A.

Câu 9: Áp suất dư là áp suất…
Câu 10: Cho lực 1N tác dụng lên diện tích
A. Lớn hơn so với áp suất khí quyển.
1 m2. Khi đó áp suất tác dụng sẽ
B. Nhỏ hơn áp suất khí quyển.
bằng…
C. Nhỏ hơn áp suất chân không tuyệt đối. A. 1 Pa.
D. Cả 3 đáp án còn lại đều sai.
B. 1 bar.
C. 1 Psi.
D. Cả 3 đáp án còn lại đều sai.
Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 5

Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 1


BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
THỦY LỰC KHÍ NÉN
GIỚI THIỆU BÀI 2:
Bài 2 giới thiệu các phần tử cơ bản trong hệ thống điều khiển thủy lực khí nén: phần tử
cung cấp năng lượng, phần tử tín hiệu vào, phần tử xử lý tín hiệu, phần tử điều khiển,
phần tử chấp hành và các phần tử khác. Qua bài 2 người học nhận biết được các phần tử
và lắp được mạch thủy lực khí nén cơ bản theo sơ đồ cho trước,
MỤC TIÊU CỦA BÀI 2 LÀ:
- Về kiến thức:

Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động các phần tử cơ bản trong hệ thống điều
khiển thủy lực khí nén.
-

Về kỹ năng:

-

Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

Lắp được được các phần tử trong hệ thống điều khiển thủy lực khí nén theo sơ đồ cho
trước.

Tuân thủ nghiêm túc các quy định an tồn trong hệ thống thủy lực khí nén.
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 2
Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp,
dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 2 (cá
nhân hoặc nhóm).
Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 2) trước buổi học; hồn thành đầy
đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 2 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho
người dạy đúng thời gian quy định.
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 2
Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng thủy lực – khí nén.
Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo,
giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan, các thiết bị thủy lực khí nén, các bàn gá đặt
thiết bị, các dây và ống nối, kìm cắt, cờ lê, đồng hồ số và các thiết bị/ cơng cụ/dụng cụ
khác.
Các điều kiện khác: khơng có
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 2
Nội dung:
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
Phương pháp:
Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng hoặc kiểm tra viết
dưới 30 phút.)
Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức: kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút.)
Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 2


NỘI DUNG BÀI 2:
Hệ thống điều khiển thủy lực, khí nén có thể là hệ thống điều khiển vịng hở hoặc vịng
kín, về cơ bản bao gồm 5 loại phần tử như mơ tả trong Hình 2.1. Tùy theo nhiệm vụ
hoạt động của đối tượng điều khiển chúng ta có thể phân tích và sử dụng các phần tử
thích hợp cho việc thiết kế hệ thống điều khiển.

Hình 2.1: Cấu trúc mạch ĐK và các phần tử
2.1. PHẦN TỬ CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG:
2.1.1. Máy nén khí:
Trong cơng nghiệp tùy theo quy mô sản xuất, người ta thường xây dựng các trạm khí
nén phục vụ sản xuất với các mục đích khác nhau.
Yêu cầu tối thiểu, khí nén cũng phải đảm bảo các tiêu chuẩn:
Áp suất ổn định
Khô
Không lẫn bụi bẩn
Việc lựa chọn máy nén khí dựa theo yêu cầu về áp suất làm việc của các cơ cấu chấp
hành (Xilanh, động cơ, giác hút…và được lựa chọn theo yêu cầu cơng nghệ) và các u
cầu khác như kích thước, trọng lượng, mức độ gây tiếng ồn của máy nén khí.
a. Nguyên lý hoạt động:
Bài 3: Phương pháp điều khiển theo nhịp

Trang 3