soạn đề cương thực tập điện - khí nén cho sinh viên ngành điện và thi công mô hình tay máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA : ĐIỆN
BỘ MÔN : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài :
SOẠN ĐỀ CƯƠNG THỰC TẬP ĐIỆN - KHÍ NÉN
CHO SINH VIÊN NGÀNH ĐIỆN
VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH TAY MÁY
Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Tâm
Lớp : 95 KĐĐ
Giáo viên hướng dẫn : Vũ Đỗ Cường
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH . THÁNG 3 - 2000
LIỆT KÊ CÁC HÌNH
Hình 2-1 Ký hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van Trang 5
Hình 2-2 Ký hiệu cửa xả khí Trang 6
Hình 2-3 Ký hiệu các cửa nối của van đảo chiều Trang 6
Hình 2-4 Các loại van đảo chiều Trang 6
Hình 2-5 Tín hiệu tác động Trang 7
Hình 2-6 Van đảo chiều 2/2 Trang 7
Hình 2-7 Van trượt đảo chiều 3/2 Trang 8
Hình 2-8 Ký hiệu van một chiều Trang 8
Hình 2-9 Ký hiệu van logic OR Trang 8
Hình 2-10 Ký hiệu van logic AND Trang 9
Hình 2-11 Ký hiệu van xả khí nhanh Trang 9
Hình 2-12 Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi Trang 9
Hình 2-13 Van tiết lưu có tiết diện thay đổi Trang 9
Hình 2-14 Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay Trang 10
Hình 2-15 Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn Trang 10

Hình 2-16 Van an tồn Trang 10
Hình 2-17 Van tràn Trang 10
Hình 2-18 Van áp suất điều chỉnh từ xa Trang 11
Hình 2-19 Cảm biến bằng tia rẽ nhánh Trang 12
Hình 2-20 Cảm biến bằng tia phản hồi Trang 12
Hình 2-21 Cảm biến bằng tia qua khe hở Trang 12
Hình 2-22 Ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái Trang 13
Hình 2-23 Xilanh tác dụng đơn Trang 14
Hình 2-24 Xilanh tác dụng kép Trang 14
Hình 2-25 Xilanh quay Trang 15
Hình 2-26 Xilanh trượt Trang 15
Hình 2-27 Ký hiệu động cơ khí nén Trang 15
Hình 2-28 Thiết bị phân loại Trang 18
Hình 2-29 Thiết bị kiểm tra bưu phẩm Trang 21
Hình 2-30 Thiết bị cắt Trang 24
Hình 2-31 Điều khiển băng tải Trang 27
Hình 2-32 Thiết bị dập tạo dáng Trang 29
Hình 2-33 Máy công tác Trang 32
Hình 2-34 Thiết bị hàn ống Trang 36
Hình 2-35 Thiết bị phân chia Trang 39
Hình 2-36 Thiết bị hàn nhiệt Trang 42
Hình 2-37 Trạm chuyển tiếp Trang 46
Hình 2-38 Tay máy gắp hàng Trang 49
Hình 2-39 Thiết bị dập chi tiết Trang 52
Hình 3-1 Các phần tử của mạch điều khiển Trang 59
Hình 3-2 Hệ thống điều khiển điện khí nén Trang 59
Hình 3-3 Ký hiệu các loại điều khiển Trang 60
Hình 3-4 Công tắc Trang 60
Hình 3-5 Nút nhấn Trang 61
Hình 3-6 Rơ le đóng mạch Trang 61

Hình 3-7 Rơ le thời gian tác động muộn Trang 62
Hình 3-8 Rơ le thời gian nhả muộn Trang 62
Hình 3-9 Công tắc hành trình điện cơ Trang 62
Hình 3-10 Công tắc hành trình nam châm Trang 62
Hình 3-11 Cảm biến cảm ứng từ Trang 63
Hình 3-12 Cảm biến điện dung Trang 63
Hình 3-13 Cảm biến quang Trang 63
Hình 3-14 Phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén – điện Trang 64
Hình 3-15 Khối xử lý CPU 214 Trang 68
Hình 3-16 Vòng quét trong S7 - 200 Trang 70
Hình 3-17 Dụng cụ cắt giấy Trang 79
Hình 3-18 Thiết bị sắp xếp Trang 83
Hình 3-19 Bàn xoay Trang 87
Hình 3-20 Dụng cụ chà bóng Trang 92
Hình 3-21 Dụng cụ kẹp chi tiết Trang 95
Hình 3-22 Dụng cụ đóng dấu Trang 98
Hình 3-23 Trạm chuyển hàng Trang 103
Hình 3-24 Thiết bị khoan chi tiết Trang 107
Hình 3-25 Thiết bị gia công chi tiết Trang 112
Hình 3-26 Mạch khởi động Y/∆ Trang 117
Hình 3-27 Quy trình công nghệ thiết bị dập chi tiết Trang 122
Hình 3-28 Tay máy gắp hàng Trang 127
Hình 3-29 Mạch ĐKKĐ cho động cơ điện Roto dây quấn Trang 133
Hình 4-1 Mô hình tay máy Trang 139
Hình 4-2 Biểu đồ trạng thái ( điều khiển bằng khí nén ) Trang 140
Hình 4-3 Sơ đồ Logic Trang 145
Hình 4-4 Biểu đồ trạng thái ( điều khiển bằng điện – kn).Trang 146
CHƯƠNG I
DẪN NHẬP
I . ĐẶT VẤN ĐỀ

II . TẦM QUAN TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN
III . ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA KHÍ NÉN
IV . MỤC ĐÍCH YÊU CẦU – GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .
I. Đặt vấn đề:
Khí nén là một khái niệm đã có từ rất lâu, trước Công nguyên, khí nén đã được
biết đến với một vài ứng dụng trong chế tạo vũ khí. Từ những năm 140 TCN, con người
đã biết chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá ứng dụng nguyên lý khí nén.
Tuy nhiên do sự phát triển khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ, không có
sự phối hợp về kiến thức giữa các ngành như vật lý, cơ học, vật liệu … nên phạm vi ứng
dụng của khí nén còn rất hạn chế, chủ yếu là trong lĩnh vực chế tạo vũ khí.
Đến thế kỷ 17, kỹ sư chế tạo người Đức là Otto von Guerike (1602 – 1686), nhà
tốn học người Pháp là Blaise Pascal (1623 – 1662) cùng với nhà vật lý học người Pháp là
Denis Papin (1647 – 1712) đã xây dựng nền tảng cho việc ứng dụng của khí nén.
Trong thế kỷ 19 , hàng lọat các phát minh ứng dụng khí nén ra đời. Tại Paris
những năm 70 của thế kỷ 19 đã xuất hiện một trung tâm sử dụng năng lượng khí nén có
công suất lớn.
Thời gian gần đây, do sự phát triển của năng lượng điện, ứng dụng của năng
lượng khí nén có giảm. Tuy nhiên do tính an tồn cao hơn sử dụng điện nên việc sử dụng
năng lượng khí nén vẫn đóng một vai trò khá quan trọng trong các lĩnh vực mà nếu sử
dụng điện sẽ gây nguy hiểm.
II. Tầm quan trọng và khả năng ứng dụng của khí nén:
1./ Trong lĩnh vực điều khiển:
Những năm sau khi cuộc cách mạng công nghiệp nổ ra, do sự tất yếu của quá
trình tự động hóa trong sản xuất, kỹ thuật điểu khiển bằng khí nén được phát triển rộng
rãi và đa dạng hơn.
Hệ thống điều khiển bằng khí nén thường được sử dụng trong các lĩnh vực có
nguy cơ xảy ra các nguy hiểm cao do điều kiện vệ sinh mối trường khá tốt và tính an tồn
cao.
Hệ thống điều khiển bằng khí nén thường được sử dụng trong các lĩnh vực như:
các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp chi tiết, lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử hay

trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra.
2./ Trong lĩnh vực truyền động:
_ Các dụng cụ, thiết bị, máy va đập trong lĩnh vực khai thác than, khai thác đá
hoặc trong các công trình xây dựng.
_ Truyền động quay với công suất lớn bằng khí nén giá thành rất cao, cao hơn
từ 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại, thể tích và năng lượng chỉ bằng
2/3 như những dụng cụ vặn vít, máy khoan, máy mài là những dụng cụ có khả năng sử
dụng truyền động bằng khí nén.
_ Truyền động thẳng: các đồ gá kẹp chi tiết, các thiết bị đóng gói các thiết bị
máy gia công, các thiết bị làm sạch hay các hệ thống phanh hãm của ôtô.
_ Trong các hệ thống đo đạc và kiểm tra chất lượng sản phẩm.
III. Ưu – nhược điểm của khí nén:
1./ Ưu điểm :
_ Có khả năng trích chứa để thành lập trạm trích chứa khí nén.
_ Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ
và tổn thất trên đường dẫn thấp.
_ Không gây ô nhiễm môi trường.
_ Hệ thống phòng ngừa qúa áp suất giới hạn được đảm bảo.
2./ Nhược điểm :
_ Lực truyền tải trong thấp.
_ Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
_ Dòng khí nén thốt ra gây tiếng ồn lớn.
IV. Mục đích yêu cầu – Giới hạn đề tài:
Trong giai đoạn hiện nay, Việt Nam đang tiến hành công cuộc công nghiệp hóa
đất nước, do đó vấn đề TỰ ĐỘNG HÓA trong sản xuất đang được đặt lên hàng đầu. Tự
động hóa trong sản xuất công nghiệp sẽ góp phần tăng năng suất lao động của người
công nhân, giảm bớt sức lực bỏ ra trong các công việc nặng nhọc, hạ giá thành nhưng lại
nâng cao chất lượng sản phẩm. Mặt khác đáp ứng đòi hỏi ngày càng cao của ngành công
nghiệp như: chính xác, an tồn, tiện lợi, dễ kiểm tra, kiểm sốt…
Muốn có được điều đó, cần phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa hai lĩnh vực mà

trước đây chúng hồn tồn độc lập với nhau: đó là điện – điện tử và cơ khí. Do đó, một
thuật ngữ mới ra đời trong những năm gần đây là CƠ – ĐIỆN TỬ (Mechatronic).
Tuy nhiên , để có thể làm việc tốt trong một môi trường sản xuất với các thiết bị
tự động, người lao động phải được đào tạo cơ bản. Ngày nay, một số trường Đại học,
trung học nghề đã đưa bộ môn Cơ – Điện tử vào giảng dạy cho học sinh nhằm tạo cho họ
có được những kiến thức cơ bản về tự động hóa phục vụ cho công việc sau này .
Chính vì những lý do vừa nêu đã thúc đẩy em thực hiện đề tài này. Là một đề tài
mang tính chất một tài liệu hướng dẫn thực tập cho sinh viên ngành điện nên được chia
làm 2 phần:
_ Lý thuyết và bài tập Điều khiển bằng Khí nén .
_ Lý thuyết và bài tập Điều khiển bằng Điện – Khí nén kết hợp với PLC.
Với cách trình bày trên, giúp cho sinh viên có được sự so sánh giữa hai kỹ thuật
điều khiển: điều khiển đơn thuần bằng khí nén và hệ thống khí nén được điều khiển bằng
điện kết hợp với điều khiển lập trình PLC, từ đó rút ra được những ưu và nhược điểm
giữa hai phương pháp điều khiển này.
Song song với việc xây dựng hệ thống bài thực tập như trên, em cùng với sinh
viên Phù Quốc Thái, người cùng làm chung một đề tài, đã thiết kế một mô hình tay máy
gắp sản phẩm ứng dụng khí nén và PLC để điều khiển. Đây là một ứng dụng cụ thể trong
sản xuất công nghiệp.
Do đây là lần đầu tiên em nghiên cứu về lĩnh vực khá mới mẻ này, đồng thời với
khả năng và quỹ thời gian hạn chế nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót,
em rất mong được sự góp ý của thầy cô và bạn bè để đồ án được tốt hơn.
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
BẰNG KHÍ NÉN
A . MÁY NÉN KHÍ – THIẾT BỊ PHÂN PHỐI KHÍ NÉN
B . CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
C . CƠ CẤU CHẤP HÀNH
D . THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN BẰNG BIỂU ĐỒ KARNAUGH

E . CÁC BÀI TẬP ÁP DỤNG
A. Máy nén khí – Thiết bị phân phối khí nén:
I. Máy nén khí:
1) Khái niệm: Máy nén khí là thiết bị 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 bị sử dụng, ngồi 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 bị 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 định (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 bị)
Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bị cho phép tháo lắp dễ
dàng và nhanh chóng. Nối hệ thống đến các thiết bị bằng cách đơn giản là 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:
_ Phần tử đưa tín hiệu : nhận những giá trị 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.
_ Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất
định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu,
van logic OR hoặc AND.
_ 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 vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.
1) Ký hiệu của van đảo chiều:
Vị 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, …
Hình 2-1 Ký hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van
Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngồi vào.
Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’. Đối với van có 2 vị
trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị 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
a b
Hình 2-2 Kí hiệu cửa xả khí
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 vị trí là các đường mũi tên biểu diễn hướng chuyển
động của dòng khí nén qua van. Khi dòng bị 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 vị trí
Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:
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 vị trí ‘không’) hay
chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vị trí ‘không’).
a. Tác động bằng tay:
Van đảo chiều 2/2
Van đảo chiều 4/2
Van đảo chiều 5/2
Hình 2-4 Các lọai van đảo chiều
Kí hiệu nút nhấn tổng quát
Nút bấm
Tay gạt
Bàn đạp
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
Hình 2-3 Kí hiệu các cửa nối của van đảo chiều
b. Tác động bằng cơ:
c. Tác động bằng khí nén:
d. Tác động bằng nam châm điện:
Hình 2-5 Tín hiệu tác động
3) Van đảo chiều có vị trí ‘không’:
Van đảo chiều có vị trí ‘không’ là loại van tác động bằng cơ – lò xo và ký hiệu
lò xo nằm ngay vị 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, vị trí của các cửa nối được biểu diễn trong ô vuông phía bên phải đối với
van đảo chiều 2 vị trí. Còn đối với van đảo chiều 3 vị trí thì vị trí ‘không’ nằm ở giữa.
Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện:
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
*
Trực tiếp
Bằng nam châm điện và van phụ trợ
Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể
R
1
0
P
Y
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 định vị
Hình 2-6 Van đảo chiều 2/2
Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và 1. Tại vị trí 0, cửa P và R bị chặn. Khi cuộn Y
có điện, từ vị trí 0 van chuyển sang vị 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 vị trí ban đầu.
4) Van đảo chiều không có vị trí ‘không’:
Khi không có tín hiệu tác động lên đầu nòng van nữa, thì vị trí của van vẫn được
giữ nguyên đợi tín hiệu tác động từ phía nòng van đối diện. Vị 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.

Hình 2-7 Van trượt đảo chiều 3/2
Khi cuộn Y1 có điện thì cửa P nối với cửa A, cửa R bị chặn. Khi cuộn Y2 có
điện thì cửa A nối với cửa R còn cửa P bị chặn.
III. Van chắn:
Van chắn là loại van chỉ cho dòng khí nén đi qua một chiều, chiều còn lại bị
chặn. Van chắn gồm có các loại sau:
_ Van 1 chiều
_ Van Logic (OR , AND )
_ Van xả khí nhanh
1) Van một chiều: Van một chiều có tác dụng chỉ cho dòng khí nén đi qua một
chiều( từ A qua B) , chiều ngược lại bị chặn.
Ký hiệu :
Hình 2-8 Ký hiệu van một chiều
A
A
B
R
a
b
P
Y1 Y2
2) Van logic OR: Khi có dòng khí nén vào từ P1 thì cửa P2 bị chặn và cửa P1
nối với cửa A. Ngược lại khi dòng khí nén vào P2 thì cửa P1 bị chặn, cửa P2
nối với cửa A.
Ký hiệu :
Hình 2-9 Ký hiệu van logic OR
3) Van logic AND: Khi có dòng khí nén vào P1 thì P1 bị chặn, và ngược lại
khi có dòng khí nén vào P2 thì P2 bị chặn. Chỉ khi nào cả P1 và P2 có dòng
khí nén vào thì mới có khí nén qua cửa A.
Ký hiệu:

Hình 2-10 Ký hiệu van logic AND
4) Van xả khí nhanh: Khi dòng khí nén vào cửa P, chắn cửa R, cửa P nối với
cửa A. Khi dòng khí nén vào từ A, cửa P bị chặn, cửa A nối với cửa R, khí
được xả nhanh ra ngồi.
Ký hiệu:
Hình 2-11 Ký hiệu van xả khí nhanh
IV. Van tiết lưu:
Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa là thay đổi
vận tốc của cơ cấu chấp hành.
1) Van tiết lưu có tiết diện không đổi: Khe hở của van có tiết diện không thay
đổi, do đó lưu lượng dòng chảy không thay đổi.
Ký hiệu:
Hình 2-12 Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi
2) Van tiết lưu có tiết diện thay đổi: Lưu lượng dòng chảy qua van thay đổi
được nhờ vào một vít điều chỉnh làm thay đổi tiết diện của khe hở.
A
P
2
P
1
•
A
P
2
P
1
P
A
R
•

•
Ký hiệu:

Ký hiệu chung Có mối nối ren Không có mối nối ren
Hình 2-13 Van tiết lưu có tiết diện thay đổi
3) 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 bị chặn.
Ký hiệu :
Hình 2-14 Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay
4) Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn: Dòng khí nén chỉ có thể
đi một chiều từ A sang B, tùy vào vị trí của cữ chặn mà tiết diện của khe hở
của van thay đổi, làm cho lưu lượng dòng chảy thay đổi.
Ký hiệu :
Hình 2-15 Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn
V. Van áp suất:
1) Van an tồn: Bình thường khi áp suất nhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho phép,
cửa R bị chặn, nhưng khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép, cửa R mở ra, khí
nén từ cửa P theo cửa R thốt ra ngồi.
Ký hiệu :

Hình 2-16 Van an tồn
2) Van tràn: Nguyên tắc họat động tương tự như van tràn, nhưng khi áp suất
bằng hoặc lớn hơn áp suất cho phép thì cửa P nối với cửa A.
Ký hiệu :
A
B
•
•
A B

A
•
•
•
B
P(1)
R(3)
•
AP(1)
•
Hình 2-17 Van tràn
3) Van áp suất điều chỉnh từ xa : Nguyên lý hoạt động của van áp suất điều
chỉnh từ xa: khi có tín hiệu áp suất Z tác động gián tiếp qua van tràn, cửa P
nối với cửa A.
Hình 2-18 Van áp suất điều chỉnh từ xa
VI. Van chân không:
Van chân không là bộ phận có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực hút chân
không. Chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống Ventury.
Khí nén với áp suất p trong khoảng từ 1,5bar – 10bar sẽ theo ống Ventury theo cửa R
thốt ra ngồi. Tại phần cuối ống Ventury, chân không sẽ được tạo thành (cửa nối U).
Ký hiệu :

Cửa nối U sẽ nối với một đĩa hút làm bằng nhựa tổng hợp hoặc bằng cao su.
Lực hút chân không:
Trong đó : F : lực hút chân không (N)
D : Đường kính đĩa hút (m)
P
a
: áp suất không khí ở đktc (N/m
2

)
P
u
: áp suất không khí tại cửa U (N/m
2
)
VII. Cảm biến bằng tia:
P R
U
D
p
D
F ∆=
4
.14,3
2
ua
PPp −=∆
A
Z
P
R
Cảm biến bằng tia thuộc loại cảm biến không tiếp xúc, nguyên tắc hoạt động
dựa vào dòng khí nén. Có 3 loại:
1) Cảm biến bằng tia rẽ nhánh: Dòng khí nén vào cửa P, nếu không có vật
cản thì áp suất sẽ đi thẳng, nếu có vật cản thì dòng khí nén sẽ rẽ nhánh qua
cửa X.
Ký hiệu:
Hình 2-19 Cảm biến bằng tia rẽ nhánh
2) Cảm biến bằng tia phản hồi: Dòng khí nén đi vào cửa P, nếu không có vật

cản, tín hiệu phản hồi X=0, nếu có vật cản, X=1 .
Ký hiệu:
Hình 2-20 Cảm biến bằng tia phản hồi
3) Cảm biến bằng tia qua khe hở: Cảm biến bằng tia qua khe hở gồm 2 bộ
phận: bộ phận phát và bộ phận nhận. Bộ phận phát và bộ phận nhận có cùng
áp suất p khoảng 150 mbar. Nhưng trong một số ứng dụng, áp suất của bộ
phận phát có thể là 4 bar và áp suất của bộ phận nhận là 0,5 bar. Trục của cơ
cấu phát và cơ cấu nhận phải lắp ráp thật đồng tâm.
Ký hiệu:
Hình 2-21 Cảm biến bằng tia qua khe hở
VIII. Thiết kế – Biểu diễn biểu đồ trạng thái:
Để biểu diễn chi tiết chu trình hoạt động của các nhóm trong hệ thống điều khiển
điện – khí nén người ta thường sử dụng biểu đồ trạng thái. Thông qua biểu đồ
trạng thái, chúng ta hình dung rõ ràng và hình tượng hơn chuyển động của từng
nhóm và mối quan hệ giữa chúng với nhau qua từng bước họat động.
• Biểu đồ trạng thái biểu diễn các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử
và trình tự chuyển mạch của các phần tử.
• Trục tọa độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái. Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các
bước thực hiện hoặc thời gian hành trình. Hành trình làm việc được chia thành
•
X
P
P
X
P
X
P
các bước. Sự thay đổi trạng thái trong các bước thực hiện biểu diễn bằng nét đậm.
Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng các đường nét nhỏ.
Ký hiệu biểu diễn trong biểu đồ trạng thái:

Hình 2-22 Ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái
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).
II. Xilanh:
1) Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng 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.
Ký hiệu:
b
a
A
T
T
T
•
•
•
S
3
•
Nút ngắt
Công tắc chọn chế độ làm việc
(bằng tay hoặc tự động)
Nút tự động
Nút ấn
Đèn báo hiệu
Nút ấn tác động đồng thời

Liên kết OR có một
nhánh phủ định
Phần tử tín hiệu tác
động bằng cơ
Liên kết AND
Liên kết OR
Tín hiệu rẽ nhánh
p
t
Công tắc ngắt khi nguy hiểm
Nút đóng
Nút đóng & ngắt
Phần tử thời gian
Phần tử áp suất
Hình 2-23 Xilanh tác dụng đơn
a. chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực
b. chiều tác dụng ngược lại do lò xo
2) Xilanh tác dụng 2 chiều (xilanh tác dụng kép): Áp suất khí nén được dẫn
vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh sẽ đi vào hay đi ra
tùy thuộc vào áp lực khí nén vào phía nào.
Ký hiệu:
Hình 2-24 Xilanh tác dụng kép
3) Xilanh quay :
Hình biểu diễn biểu tượng của xilanh quay. Hai ngõ vào điều khiển để điều
khiển piston có răng di chuyển qua lại. Khi cần piston di chuyển sẽ ăn khớp với một bánh
răng làm bánh răng quay. Trục bánh răng sẽ được dùng để gắn cơ cấu chuyển động.
Ký hiệu :
Hình 2-25 Xilanh quay

4) Xilanh trượt:

Xilanh trượt là loại xilanh không có cần piston, có chiều dài chỉ bằng một nửa
so với xilanh có cần piston.
Ký hiệu :
Hình 2-26 Xilanh trượt
III. Động cơ khí nén:
Động cơ khí nén có nhiệm vụ biến đổi năng lượng của khí nén thành năng lượng
cơ học (chuyển động quay).
Động cơ khí nén có những ưu điểm sau:
_ Điều chỉnh được momen quay và số vòng quay
Kí hiệu chung
Kí hiệu theo yêu
cầu đặc biệt
_ Số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp
_ Không hư hỏng khi quá tải
_ Giá thành bảo dưỡng thấp
Nhược điểm:
_ Giá thành năng lượng cao
_ Số vòng quay thay đổi theo tải trọng
_ Gây tiếng ồn lớn khi xả khí
Ký hiệu:
Hình 2-27 Ký hiệu động cơ khí nén
a. Động cơ quay một chiều
b. Động cơ quay hai chiều
Động cơ khí nén trong thực tế có các loại sau đây:
_ Động cơ bánh răng
_ Động cơ trục vít
_ Động cơ cánh gạt
_ Động cơ piston hướng kính
_ Động cơ dọc trục
_ Động cơ tuabin

_ Động cơ màng
D. Thiết kế mạch khí nén bằng biểu đồ Karnaugh:
Đối với sinh viên ngành điện, trong môn học kỹ thuật số, phương pháp bìa
Karnaugh là một phương pháp rất quen thuộc.
Trong lĩnh vực điều khiển bằng khí nén, phương pháp bìa Karnaugh cũng được
sử dụng để thiết kế mạch điều khiển. Nhìn chung, cách thức sử dụng bìa Karnaugh để
đơn giản hàm hồn tồn tương tự như trong kỹ thuật số. Tuy nhiên để thiết kế được một
mạch khí nén bằng phương pháp bìa Karnaugh cần phải tuân thủ những bước sau đây:
1) Xác định biến:
Từ yêu cầu điều khiển cụ thể, ta liệt kê tất cả các cơ cấu chấp hành sẽ được sử
dụng. Với mỗi cơ cấu chấp hành, ta gán cho chúng những biến, đó chính là các công tắc
cuối hành trình của cơ cấu chấp hành đó. Các công tắc hành trình này sẽ tác động cho cơ
cấu chấp hành hoạt động.
Ví dụ: Trong một hệ thống điều khiển có 2 cơ cấu chấp hành A và B như hình
vẽ:
A
a
2
a
1
B
b
2
b
1
a.
b.
Như vậy ta có 4 biến như sau : a
1
, a

2
, b
1
, b
2
là các tiếp điểm hành trình.
2) Thiết lập biểu đồ trạng thái:
Phương pháp thiết lập biểu đồ trạng thái đã được nêu ở phần B mục VIII. Dựa
vào biểu đồ trạng thái ta sẽ liệt kê các bước thực hiện và ứng với từng bước là các biến
tác động. Từ đó ta xây dựng các hàm chuyển động của cơ cấu chấp hành.
Ví dụ :
3) Thiết lập phương trình logic và các điều kiện thực hiện:
Sau khi đã liệt kê các biến, ta viết hàm chuyển động cho các cơ cấu chấp hành
bằng cách lấy tích các biến gây nên chuyển động đó.
Ví dụ:
Xilanh A đi ra được điều khiển bởi hàm:
+A = a
1
.b
1
Xilanh A lùi về được điều khiển bởi hàm:
-A = a
2
.b
1
Xilanh B đi ra được điều khiển bởi hàm:
+B = a
2
.b
1

Xilanh B lùi về được điều khiển bởi hàm:
-B = a
2
.b
2
4) Thiết lập biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm:
Phương pháp thiết lập biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm hồn tồn tương tự như
trong kỹ thuật số.
Sau khi đã có hàm điều khiển, ta sử dụng các van chức năng cũng như van logic
để thành lập mạch điều khiển cho cơ cấp chấp hành.
Những vấn đề nêu trên sẽ được sáng tỏ hơn khi thực hiện việc thiết kế những
mạch khí nén trong phần bài tập.
E. Các bài tập áp dụng : (trang sau)



1
2 3
A
a
1





5≡1
B
a
2

b
1
b
2

4

a
1
b
1
a
2
b
1
a
2
b
2
a
2
b
1
+A
-A
-B
+B
BÀI TẬP 1
THIẾT BỊ PHÂN LOẠI
I. Mục đích – yêu cầu:

• Sự phát động trực tiếp của một xilanh tác dụng đơn.
• Sử dụng van 3/2 tác dụng bằng tay (nút nhấn).
• Kết nối và điều chỉnh van tiết lưu một chiều.
• Kết nối đồng hồ áp suất để đo áp suất.
II. Mô tả yêu cầu điều khiển:
Khi phát hiện một sản phẩm bị lỗi trên băng tải , người công nhân sẽ tác động
lên một nút nhấn, khi đó, xilanh 1.0 đi ra đẩy sản phẩm này sang một băng tải khác. Sự
chuyển động về phía trước của xilanh tác dụng đơn mất 0,4s. Khi thả nút nhấn ra, piston
lập tức trở lại vị trí ban đầu. Hai áp kế được gắn phía trước và phía sau van điều chỉnh áp
suất để kiểm tra áp suất trong quá trình xilanh chuyển động.
Hình 2-28 Thiết bị phân loại
III. Tiến trình thí nghiệm:
• Từ yêu cầu điều khiển, vẽ biểu đồ trạng thái tiến trình họat động của xilanh ở dạng
đơn giản nhất (không có đường tín hiệu).
• Từ biểu đồ trạng thái, hãy thiết kế mạch khí nén.
• Liệt kê các thiết bị sử dụng trong bài thí nghiệm.
• Lắp ráp các thiết bị lên bàn thí nghiệm theo mạch đã thiết kế.
• Để van nguồn ở vị trí tắt, kết nối các đường ống dẫn khí.
• Kiểm tra lại mạch trước khi cho họat động.
• Bật nguồn cung cấp khí và cho mạch họat động.
• Kiểm tra họat động của mạch và giải thích nguyên lý họat động.
• Điều chỉnh van tiết lưu một chiều và nhận xét về cách thức hoạt động của xilanh.
• Ghi nhận các giá trị áp suất tại các áp kế, có nhận xét gì về mối quan hệ giữa áp suất
và vận tốc của xilanh. Đảo chiều van tiết lưu, nêu nhận xét.
• Tắt nguồn khí, tháo các thiết bị trả về vị trí cũ.
IV. Kết luận:
_ Qua bài thí nghiệm này, ta khảo sát được một thiết bị mới: van tiết lưu một
chiều.
_ Thông qua bài thí nghiệm, rút ra được mối quan hệ giữa áp suất và vận tốc
của cơ cấu chấp hành và cách thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành.

V. Bài giải:
1. Biểu đồ trạng thái:
2. Mạch khí nén:
t=0.4 s



1
2
3≡1
1.0
1
0
1.
0
3. Thiết bị sử dụng :
_ 1 van 3/2 tác động bằng tay (nút nhấn).
_ 1 van tiết lưu một chiều.
_ 1 xilanh tác dụng đơn.
4. Nguyên lý họat động của mạch:
 Khi nhấn nút nhấn 1.1, van đảo chiều 3/2 bị tác động làm cho cửa 1 nối với
cửa 2, cung cấp khí cho xilanh tác dụng đơn 1.0 làm xilanh đi ra thông qua van tiết
lưu một chiều. Trong quá trình chuyển động đi ra, vận tốc của xilanh phụ thuộc vào áp
suất trong lòng xilanh. Aùp suất này được điều chỉnh bằng van tiết lưu và được hiển
thị bằng áp kế .
 Nếu áp suất càng cao, xilanh chuyển động càng nhanh.
 Nếu áp suất càng thấp, xilanh chuyển động càng chậm.
 Khi thả nút ấn 1.1, cửa 1 bị chận, cửa 2 nối với cửa 3. Lực của lò xo làm
xilanh 1.0 lập tức lùi về xả khí qua cửa 3 mà không phụ thuộc vào vị trí của nút điều
chỉnh trên van tiết lưu.

• Từ đây ta có nhận xét là van tiết lưu một chiều chỉ có tác dụng điều chỉnh lưu lượng
một chiều, chiều ngược lại không bị tác dụng.
BÀI TẬP 2
KIỂM TRA BƯU PHẨM
I. Mục đích – yêu cầu:
• Khảo sát xilanh tác dụng đơn.
• Sử dụng van 3/2 tác dụng bằng tay (nút nhấn) với đường khí nén tác động ở vị trí
bình thường (không tác động vào van).
• Tìm hiểu chức năng của van xả khí nhanh.
II. Mô tả yêu cầu điều khiển:
Có một thiết bị kiểm tra bưu phẩm bằng tia X.
Khi nhấn một nút nhấn, xilanh 1.0 có gắn một khay trên đầu piston sẽ nhanh
chóng lùi về, nhận bưu phẩm từ băng tải. Sau khi thả nút nhấn ra, xilanh nâng bưu phẩm
lên để kiểm tra trong khỏang thời gian t=0.9s. Sau khi kiểm tra xong, bưu phẩm được lấy
đi.
Hình 2-29 Thiết bị kiểm tra bưu phẩm
III. Tiến trình thí nghiệm:
• Từ yêu cầu điều khiển, vẽ biểu đồ trạng thái tiến trình họat động của xilanh ở dạng
đơn giản nhất (không có đường tín hiệu).
• Từ biểu đồ trạng thái, hãy thiết kế mạch khí nén.
• Liệt kê các thiết bị sử dụng trong bài thí nghiệm.
• Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch trước khi tiến hành lắp ráp mạch.
• Lắp ráp các thiết bị lên bàn thí nghiệm theo mạch đã thiết kế.
• Để van nguồn ở vị trí tắt, kết nối các đường ống dẫn khí.
• Kiểm tra lại mạch trước khi cho họat động.
• Bật nguồn cung cấp khí và cho mạch họat động.
• Điều chỉnh van tiết lưu một chiều để thời gain đi ra của xilanh là 0,9s.
• Nếu thay van 3/2 điều khiển bằng tay trong bài tập này bằng van 3/2 trong bài tập 2
thì xilanh A sẽ hoạt động như thế nào. Vì sao ?
• Tắt nguồn khí, tháo các thiết bị trả về vị trí cũ.

IV. Kết luận:
_ Bài thí nghiệm này có một cách thức hạot động của cơ cấu chấp hành hồn tồn
mới. Vị trí ban đầu của xilanh là đi ra, khác với thông thường là lùi về.
V. Bài giải:
1. Biểu đồ trạng thái:
2. Mạch khí nén:
t=0.9 s


1
2
3≡1
1.0
1
0

1.0