Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển điện – khí nén – thủy lực – theo phương pháp tầng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.89 MB, 51 trang )

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN – THỦY LỰC –
THEO PHƯƠNG PHÁP TẦNG.

Hà Nội, năm 2020

I. KHÁI NIỆM PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH
ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG
1.1 Khái niệm

- Thiết kế theo tầng được coi phương pháp được ứng
dụng rộng rãi nhất trong việc thiết kế khí nén trong cả
2 phương pháp điều khiển bằng khí nén và điện-khí
nén vì có thể dễ dàng thực hiện và hiểu hoạt động của
mạch.
- Thiết kế mạch điều khiển theo tầng là phương pháp
thiết kế thành từng tầng riêng. Ở mỗi tầng hoàn
thành một hoặc một số bước của chu kỳ điều khiển.

2

I. KHÁI NIỆM PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH
ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG

1.2 Nguyên tắc thiết kế mạch theo tầng
Trong thieát keá mạch điều khiển theo tầng cần thoả
mãn hai nguyên tắc:
 Tín hiệu vào ở các bước trong cùng một tầng
không được trùng nhau. Do đó khi có các tín hiệu
vào giống nhau ta phải xét đến việc chia tầng.

 Tại thời điểm bất kỳ chỉ có duy nhất một tầng
điều khiển hoạt động.

3

I. KHÁI NIỆM PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH
ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG

1.3 Cách chia tầng
• Chia chu kỳ hoạt động của các cơ cấu chấp hành thành các tầng
với điều kiện:
Không có xy lanh nào vừa đi ra vừa đi về trong một tầng hoặc
cơ cấu quay vừa chuyển động thuận chiều và ngược chiều
trong cùng một tầng.
A+ : xy lanh A đi ra
A- : xy lanh A đi về
thì điều kiện trong việc chia tầng là không có ký hiệu của một
xy lanh nào lặp lại trong cùng một tầng.
Ví dụ: có 3 xy lanh A, B, C hoạt động tuần tự như sau:
Start, A+, B+ / B-, A-, C+ / CTầng:
I
/
II
/ III

4

I. KHÁI NIỆM PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH

ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG

1.4 Các bước giải một bài tốn theo tầng
• Bước 1: Phân tích u cầu cơng nghệ và lựa chọn
mạch lực. Từ yêu cầu của hệ thống điều khiển, ta xác
định các biến cần thiết đó là các công tắc hành trình
và vị trí lắp đặt, các cảm biến cần thiết sử dụng, các
nút nhấn hay cần gạt lựa chọn (Start – nút khởi động,
Stop – nút dừng, điều khiển tự động – Auto hay bằng
tay – Man)….
 Bước 2: Từ quy trình công nghệ, xây dựng 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. Cụ thể xác định có bao nhiêu cơ cấu
chấp hành và trình tự hoạt động).
5

I. KHÁI NIỆM PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH
ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG

1.4 Các bước giải một bài toán theo tầng


Bước 3: Chia tầng



Bước 4: Lập quy trình thực hiện cho các tầng và các
bước trong tầng



Bước 5: Thiết kế mạch điều khiển bằng sử dụng các
mạch đảo tầng chuẩn.



Về nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển bằng điện hay
bằng khí nén sử dụng phương pháp theo tầng là
giống từ bước 1->4. Khác nhau ở bước 5 giữa mạch
đảo tầng bằng khí và bằng điện.
6

II. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦNG
Ý nghĩa của việc xác định tín hiệu đầu tầng (E):
Các tín hiệu này chính là các điều kiện để chuyển
tầng vì tại một thời điểm chỉ được phép một tầng có
khí.
•
Tín hiệu đầu tầng n chính là tín hiệu cuối cùng
được tác động của tầng n-1.
•
Tín hiệu đầu tầng 1 chính là tín hiệu cuối cùng
của tầng n kết hợp với nút nhấn START (ON)
(các tín hiệu đầu tầng thường là công tắc hành trình, ..)
Mạch đảo tầng: bao gồm các van đảo tầng (thực chất là các
van đảo chiều 4/2 hoặc 5/2 có duy trì).

Số van đảo chiều bằng số tầng trừ đi 1 (bằng n-1)
7

II. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦNG
2.1 Mạch đảo tầng bằng khí nén
Nguyên tắc hoạt động của mạch đảo tầng:
• Ban đầu, mạch đảo tầng sẽ cấp khí cho tầng thứ n.
• Sau khi nhấn nút ON, mạch đảo tầng sẽ cấp khí
cho tầng thứ I.
• Tín hiệu đầu tầng II sẽ được tác động khi tầng I
kết thúc.
• Tín hiệu đầu tầng III sẽ được tác động khi tầng II
kết thúc…..
• Tín hiệu đầu tầng n sẽ được tác động khi tầng n-1
kết thúc

8

Nhịp thực hiện
S2
Xy lanh A
S1
Xy lanh B
Tầng

1

2

3

4

5=1

Start

S4
S3
I

II

* Tín hiệu đầu tầng I (E1): = tín hiệu cuối cùng Tầng II (S1) kết
hợp với START
- Tín hiệu đầu tầng I (E1) : E1 = S1^Start
* Tín hiệu đầu tầng II (E2): = tín hiệu cuối cùng Tầng I (S4)
- Tín hiệu đầu tầng II (E2): E2 = S4

9

Nhịp thực hiện
S2
Xy lanh A
S1
Xy lanh B

Tầng

1

2

3

4

5=1

S4
S3
I

II

III

* Tín hiệu đầu tầng I (E1): = tín hiệu cuối cùng Tầng III (S3) kết
hợp với START
- Tín hiệu đầu tầng I (E1) : E1 = S3^Start
* Tín hiệu đầu tầng II (E2): = tín hiệu cuối cùng Tầng I (S2)
- Tín hiệu đầu tầng II (E2): E2 = S2
* Tín hiệu đầu tầng III (E3): = tín hiệu cuối cùng Tầng II (S4)
- Tín hiệu đầu tầng II (E3): E2 = S4

10

II. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TẦNG
2.2 Các mạch chuẩn tầng
a. Mạch chuẩn 2 tầng cơ bản
Tầng I
Tầng II
E1

E2

Sớ lượng van đảo chiều:
ln bằng sớ tầng trừ đi 1.
• Mạch 2 tầng (n=2) như vậy có 1 (n-1=1) phần tử nhớ.
• E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II.
• Ban đầu, khí từ ng̀n sẽ cung cấp cho tầng 2, sau khi có tín
hiệu E1 tác động, van 5/2 đổi vị trí làm cho khí được dẫn lên
cung cấp cho tầng I, khí ở tầng II thoát ra ngoài.
11

a. Mạch chuẩn 2 tầng cơ bản

T1  T2

Cách nối dây cho các tín hiệu đầu tầng: Cấp ng̀n cho tín hiệu
đầu tầng 1 (E1) là tầng phía trước tầng 1 (sẽ là tầng 2), cấp
ng̀n cho tín hiệu đầu tầng 2 (E2) là tầng phía trước tầng 2
(sẽ là tầng 1)
Taàng I

Taàng II
E1

Start

E2

2

1

3
12

2.2 Các mạch chuẩn tầng
b. Mạch chuẩn 3 tầng cơ bản
Tầng I
Tầng II
Tầng III
E2

E1

E3

• Mạch 3 tầng (n=3), như vậy sẽ có 2 (n-1 = 2) phần tử nhớ.
• E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II, E3 là tín
hiệu đầu tầng III.
13

b. Mạch chuẩn 3 tầng cơ bản
Cách nối dây cho các tín hiệu đầu tầng: Cấp ng̀n cho tín hiệu
đầu tầng 1 là tầng phía trước tầng đó
Tầng I
Tầng II
Tầng III
E2

E1

Start

E3

2

1

3

14

2.2 Các mạch chuẩn tầng
c. Mạch chuẩn 4 tầng cơ bản
Tầng

I

Tầng II
Tầng III
Tầng IV
E2

E3

E1

E4

• Mạch 4 tầng (n=4), như vậy sẽ có 3 (n-1 = 3) phần tử nhớ.
• E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II, E3 là tín
hiệu đầu tầng III, E4 là tín hiệu đầu tầng IV.
15

Taàng

I

Taàng II
Taàng III
Taàng IV
E2

E3

E1

E4

16

E3
E2

17

c. Mạch chuẩn 4 tầng cơ bản
Cách nối dây cho các tín hiệu đầu tầng: Cấp ng̀n cho tín hiệu
đầu tầng 1 là tầng phía trước tầng đó
Tầng I
Tầng II
Tầng III
Taàng IV
E2

E3

E1

Start

E4

2

1

3

18

Ví dụ 1:
• Bước 1: Với u cầu đề ra là điều khiển 2 xy lanh A và B theo
chu trình điều khiển tự động. Để các chu trình này thực hiện tự
động được chúng ta gắn trên mỗi xy lanh 2 công tắc hành
trình, công tắc hành trình S1, S3 gắn ở đầu hành trình, S2 và
S4 gắn ở cuối hành trình của 2 xy lanh A và B.


Bước 2: Thiết lập biểu đồ trạng thái như hình biễu diễn dưới
đây:
Nhịp thực hiện
S2
Xy lanh A
S1
Xy lanh B
Tầng

1

2

3

4

5=1

S4
S3
I

II

III
19

• Bước 3 : Tiến hành việc chia tầng
Có 3 tầng hoạt động, tầng I thực hiện chuyển động cho xy lanh
A đi ra (A+), tầng II thực hiện 2 chuyển động là xy lanh A đi
về và xy lanh B đi ra (A-, B+) và tầng cuối cùng là xy lanh B
đi về (B-).
 Tín hiệu đầu tầng I:
E1 = Start * S3.
 Tín hiệu đầu tầng II:
E2 = S2.
 Tín hiệu đầu tầng III:
E3 = S4.

20

• Bước 4 : Lập qui trình thực hiện cho các tầng và các bước
trong tầng.
Để tiếp tục thiết kế chúng ta phải biết các tín hiệu điều khiển
tác động lên các van đảo chiều. Ở đây ta có 2 xy lanh tác động
kép, để điều khiển được các chuyển động khác nhau như A+,
A-, B+, B-  sơ đồ tác động khí nén lên các xy lanh trong
mạch điều khiển khí nén như sau:
Xy lanh A S1

A+

A

S

B

P R

A-

S2

S3

Xy lanh B

B+

A

S

B

S4

B-

P R
21

A+

= T1 (không lấy tín hiệu Start *S3 vì là tín hiệu đầu tầng I)

A-

= T2 (không lấy tín hiệu S2 vì là tín hiệu đầu tầng II)

B+

= T1 *S1

B-

= T3 (không lấy tín hiệu S4 vì là tín hiệu đầu tầng III)
22

Nhịp thực hiện
S2
Xy lanh A
S1
Xy lanh B
Tầng

1

2

3

4

5=1

S4
S3
I

II

III

23

• Bước 5 : Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén sử dụng các mạch