Đề cương thực tập điện khí nén 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 vò 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 toàn 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 bò phân loại Trang 18
Hình 2-29 Thiết bò kiểm tra bưu phẩm Trang 21
Hình 2-30 Thiết bò cắt Trang 24
Hình 2-31 Điều khiển băng tải Trang 27
Hình 2-32 Thiết bò dập tạo dáng Trang 29
Hình 2-33 Máy công tác Trang 32
Hình 2-34 Thiết bò hàn ống Trang 36
Hình 2-35 Thiết bò phân chia Trang 39
Hình 2-36 Thiết bò 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 bò 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 bò 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 bò khoan chi tiết Trang 107
Hình 3-25 Thiết bò gia công chi tiết Trang 112
Hình 3-26 Mạch khởi động Y/∆ Trang 117
Hình 3-27 Quy trình công nghệ thiết bò 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 – NHƯC 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 bò 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 lónh vực chế tạo vũ khí.
Đến thế kỷ 17, kỹ sư chế tạo người Đức là Otto von Guerike (1602 – 1686),
nhà toán 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 toàn cao hơn sử dụng điện nên việc sử
dụng năng lượng khí nén vẫn đóng một vai trò khá quan trọng trong các lónh vực mà
nếu sử dụng điện sẽ gây nguy hiểm.
II. Tầm quan trọng và khả năng ứng dụng của khí nén:
1./ Trong lónh 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 lónh vực có
nguy cơ xảy ra các nguy hiểm cao do điều kiện vệ sinh mối trường khá tốt và tính an
toàn cao.
Hệ thống điều khiển bằng khí nén thường được sử dụng trong các lónh vực

như: các thiết bò phun sơn, các loại đồ gá kẹp chi tiết, lónh vực sản xuất các thiết bò
điện tử hay trong các thiết bò vận chuyển và kiểm tra.
2./ Trong lónh vực truyền động:
_ Các dụng cụ, thiết bò, máy va đập trong lónh 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 bò đóng gói các thiết
bò máy gia công, các thiết bò 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 thoát 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 toàn, tiện lợi, dễ kiểm tra, kiểm soát…

Muốn có được điều đó, cần phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa hai lónh vực mà
trước đây chúng hoàn toàn 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 bò 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 lónh 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 bò phân phối khí nén:
I. Máy nén khí:
1) Khái niệm: Máy nén khí là thiết bò tạo ra áp suất khí, ở đó năng
lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng
lượng khí nén và nhiệt năng.
2) Phân loại:
a. Theo áp suất:
• Máy nén khí áp suất thấp: p ≤ 15 bar
• Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 15 bar
• Máy nén khí áp suất rất cao: p ≥ 300bar
b. Theo nguyên lý hoạt động:
• Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu
pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy
nén khí kiểu trục vít.
• Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiều
trục.
II. Bình trích chứa khí nén:
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ
phận lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí
nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.
Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công
suất tiêu thụ của các thiết bò sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào
phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn.
Ký hiệu :
III. Mạng đường ống dẫn khí nén:
Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bò truyền dẫn khí nén từ máy nén khí
đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp

hành.
Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại:
• Mạng đường ống được lắp ráp cố đònh (mạng đường ống trong nhà
máy)
• Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây
chuyền hoặc trong máy móc thiết bò)
Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bò cho phép tháo lắp
dễ dàng và nhanh chóng. Nối hệ thống đến các thiết bò bằng cách đơn giản là 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 trò của đại lượng vật lý như đại
lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp
suất.
_ Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất
đònh, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết
lưu, van logic OR hoặc AND.
_ Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại
lương ra của mạch điều khiển. Ví dụ: xilanh, động cơ khí nén.
II. Van đảo chiều:
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở
hay thay đổi vò trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.
1) Ký hiệu của van đảo chiều:
Vò trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái
o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …
Hình 2-1 Ký hiệu chuyển đổi vò trí của nòng van
Vò trí ‘không’ là vò trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài
vào. Đối với van có 3 vò trí, thì vò trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vò trí ‘không’. Đối với van

có 2 vò trí thì vò trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vò trí bên phải ‘b’ là vò
trí ‘không’.
a o b ba
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 …
Trường hợp a là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí có
mối nối cho ống dẫn khí là trường hợp b.
Bên trong ô vuông của mỗi vò trí là các đường mũi tên biểu diễn hướng
chuyển động của dòng khí nén qua van. Khi dòng bò chặn thì được biểu diễn bằng dấu
gạch ngang.
Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều:
Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 trong đó:
5 : chỉ số cửa
2 : chỉ số vò trí
Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:
a b
Hình 2-2 Kí hiệu cửa xả khí
Van đảo chiều 2/2
Van đảo chiều 4/2
Van đảo chiều 5/2
Hình 2-4 Các lọai van đảo chiều
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
2) Tín hiệu tác động:
Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng tay, tác động
bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện.
Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vò trí ‘không’)
hay chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vò trí ‘không’).
a. Tác động bằng tay:
b. Tác động bằng cơ:
c. Tác động bằng khí nén:
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
Kí hiệu nút nhấn tổng quát
Nút bấm
Tay gạt
Bàn đạp
Đầu dò
Cữ chặn bằng con lăn , tác động 2 chiều

Cữ chặn bằng con lăn , tác động 1 chiều
Lò xo
Nút nhấn có rãnh đònh vò
d. Tác động bằng nam châm điện:
Hình 2-5 Tín hiệu tác động
3) Van đảo chiều có vò trí ‘không’:
Van đảo chiều có vò trí ‘không’ là loại van tác động bằng cơ – lò xo và ký
hiệu lò xo nằm ngay vò trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van. Tác động
lên phía đối diện nòng van là tín hiệu tác động bằng cơ, khí nén hay bằng điện. Khi
chưa có tín hiệu tác động, vò trí của các cửa nối được biểu diễn trong ô vuông phía
bên phải đối với van đảo chiều 2 vò trí. Còn đối với van đảo chiều 3 vò trí thì vò trí
‘không’ nằm ở giữa.
Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện:
Hình 2-6 Van đảo chiều 2/2
Van có 2 cửa P và R, 2 vò trí 0 và 1. Tại vò trí 0, cửa P và R bò chặn. Khi cuộn
Y có điện, từ vò trí 0 van chuyển sang vò trí 1, cửa P nối với cửa R. Khi cuộn Y mất
điện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vò trí ban đầu.
4) Van đảo chiều không có vò trí ‘không’:
Khi không có tín hiệu tác động lên đầu nòng van nữa, thì vò trí của van vẫn
được giữ nguyên đợi tín hiệu tác động từ phía nòng van đối diện. Vò trí tác động kí
hiệu a , b, c, …
*
Trực tiếp
Bằng nam châm điện và van phụ trợ
Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể
R
1
0
P
Y

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 bò chặn. Khi cuộn Y2 có
điện thì cửa A nối với cửa R còn cửa P bò chặn.
III. Van chắn:
Van chắn là loại van chỉ cho dòng khí nén đi qua một chiều, chiều còn lại bò
chặn. Van chắn gồm có các loại sau:
_ Van 1 chiều
_ Van Logic (OR , AND )
_ Van xả khí nhanh
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 bò chặn.
Ký hiệu :
Hình 2-8 Ký hiệu van một chiều
2) Van logic OR: Khi có dòng khí nén vào từ P1 thì cửa P2 bò chặn và cửa
P1 nối với cửa A. Ngược lại khi dòng khí nén vào P2 thì cửa P1 bò chặn,
cửa P2 nối với cửa A.
Ký hiệu :
Hình 2-9 Ký hiệu van logic OR
A
A
B
A
P
2

P
1
•
R
a
b
P
Y1 Y2
3) Van logic AND: Khi có dòng khí nén vào P1 thì P1 bò chặn, và ngược lại
khi có dòng khí nén vào P2 thì P2 bò 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 bò chặn, cửa A nối với cửa
R, khí được xả nhanh ra ngoài.
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 nghóa 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.
Ký hiệu:

A

P
2
P
1
P
A
R
•
•
A
B
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 bò 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 vò 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 toàn: Bình thường khi áp suất nhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho
phép, cửa R bò chặn, nhưng khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép, cửa R
mở ra, khí nén từ cửa P theo cửa R thoát ra ngoài.
Ký hiệu :

Hình 2-16 Van an toàn

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
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 thoát ra ngoài. Tại phần cuối ống Ventury, chân không sẽ được tạo thành
(cửa nối U).
Ký hiệu :

Cửa nối U sẽ nối với một đóa hút làm bằng nhựa tổng hợp hoặc bằng cao su.

Lực hút chân không:
P R
U
D
p
D
F ∆=
4
.14,3
2
ua
PPp −=∆
A
Z
P
R
Trong đó : F : lực hút chân không (N)
D : Đường kính đóa 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:
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
•
X
P
P
X
P
X
P
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 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
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 nh
Phần tử tín hiệu tác
động bằng cơ
Liên kết AND

Liên kết OR
Tín hiệu re nhánhơ
p
t
Công tắc ngắt khi nguy hiểm
Nút đóng
Nút đóng & ngắt
Phần tử thời gian
Phần tử áp suất
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:
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

b
a
Kí hiệu chung
Kí hiệu theo yêu
cầu đặc biệt
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
_ 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:
a.
b.

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 lónh 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 hoàn toàn 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 đònh 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:
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:
A
a
2
a
1
B
b
2
b
1
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 hoàn toàn 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 bò 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 vò 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 bò 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 bò sử dụng trong bài thí nghiệm.
• Lắp ráp các thiết bò lên bàn thí nghiệm theo mạch đã thiết kế.
• Để van nguồn ở vò 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 trò 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 bò trả về vò trí cũ.
IV. Kết luận:
_ Qua bài thí nghiệm này, ta khảo sát được một thiết bò 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