Bài Giảng Phương Pháp Thiết Kế Mạch Môn Điện Khí Nén

PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

I. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂ N THEO NHỊP
Trong kỹ thuật điều khiển theo nhòp, thì tín hiệu sẽ được thực hiện trong nhòp đó, khi
nhòp tiếp theo được thực hiện thì nhòp trước đó phải được xóa và đồng thời muốn nhòp tiếp
đó được thực hiện thì phải có tín hiệu thông báo của nhòp trước đó
Như vậy khối của nhòp điều khiển gồm các chức năng sau :




Chuẩn bò cho nhòp tiếp theo
Xóa các lệnh của nhòp trước đó
Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển

Chuổi điều khiển theo nhòp được trình bày ở hình sau :
A1

A21

A3

A4

Zn

Zn+1

Yn

Yn+1

X2

X1

X3

X4

Để thực hiện việc thiết kế mạch theo phương pháp điều khiển theo nhòp, ta cần
tuân theo các nguyên tắc sau :
1. Từ sơ đồ hành trình bước đã cho (hoặc từ yêu cầu công nghệ, ta thiết lập sơ đồ hành
trình bước) ta vẽ được bảng trình tự các nhòp như sau:
Nhòp thực hiện
Xy lanh
Nhận tín hiệu
Nam châm điện

1
A+
Start
Y1

2
B+
S2

Y3

3
BS4
Y4

4
AS3
Y2

2. Mặc dù ta sử dụng van điện từ có duy trì, nhưng mỗi nhòp đều có một mạch tự duy trì.
Sau khi nhấn nút khởi động, lần lượt nhòp 1 cho đến các nhòp tiếp theo…. Sẽ đóng
mạch. Nhòp cuối cùng tác động cho qui trình trở
3. về vò trí ban đầu. Nhòp tiếp theo được thực hiện, thì nhòp trước đó phải được xóa.

H.V.A.-3/2005 Trang 116


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Ví dụ 1
Các chi tiết sau khi đóng gói, cần được di chuyển sang một dây chuyền khác bằng
một hệ thống điều khiển Điện – Khí nén như sau :
Nhấn nút nhất Start xy lanh tác động hai phía A đi ra nâng chi tiết lên, đến cuối
hành trình xy lanh tác động hai phía B đi ra đẩy chi tiết sang dây chuyền kế tiếp, sau đó xy
lanh A quay trởõ về, va tiếp theo xy lanh B quay về hoàn tất một chu trình. Hãy vẽ mạch

điều khiển Điện – Khí nén.
Xy lanh B

A1

A

A0

B1

B
Xy lanh A

1. Lập bảng điều khiển, chọn Van điện từ
Ở loại điều khiển này, ta chọn Van điện từ hai đầu có hai cuộn dây, nghóa là loại
Van điện từ duy trì. Ta lập bảng điều khiển như sau :
Nhòp thực hiện
Xy lanh
Nhận tín hiệu
Nam châm điện

1
A+
Start
Y1

2
B+
a1

Y3

3
Ab1
Y2

4
Ba0
Y4

2. Vẽ sơ đồ điều khiển Khí nén
A

Y1

a0

Y2

B

a1

Y3

b1

Y4

H.V.A.-3/2005 Trang 117

PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

3. Vẽ mạch điều khiển Điện
 Bước 1
Nhấn nút nhấn Start, cuộn dây K1 ở nhánh 1 có điện, tiếp điểm K1 ở nhánh 2 đóng
lại, duy trì cho cuộn dây K1, đồng thời tiếp điểm K1 ở nhánh 10 đóng lại, làm cho
cuộn dây của van điện từ Y1 có điện, và đẩy nòng van sang phải, Xy lanh A đi ra.
Tiếp điểm thường đóng ờ nhánh 2 có nhiệm vụ sẽ xóa điện ở cuộn dây K1 khi cuộn
dây K2 có điện.
1

+24V
Start

10

2
K1
1

K1
1

K2

1
Y1
1

K1
1

 Bước 2
Khi xy lanh A đi ra cuối hành trình, tác động công tắc hành trình a1 – do ở nhánh 3
có tiếp điểm K1 thường mở (đây là tiếp điểm chuẩn bò ở bước trước) đang được đóng
(do K1 đang có điện) sẽ làm cho cuộn dây Y3 ở nhánh 12 có điện, xy lanh B đi ra.
Vì là đây là phương pháp điều khiển theo nhòp, nên ở nhánh 1 phải bố trí tiếp điểm
thường đóng K2 để xóa tín hiệu điện ở cuộn dây Y1 (nhòp trước đó)
+24V

2

1

Start

K1
1

3

a1

4
K2

1

10

12

K1
1

K2
1

Y1
1

Y3
1

K1
1
K2
1
K1
1

K3
\3
K2
1

H.V.A.-3/2005 Trang 118


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

 Bước 3
Khi xy lanh B đi ra cuối hành trình, tác động công tắc hành trình b1 – do ở nhánh 5
có tiếp điểm K2 thường mở (đây là tiếp điểm chuẩn bò ở bước trước) đang được đóng (do
K2 đang có điện) sẽ làm cho cuộn dây Y2 ở nhánh 11 có điện, xy lanh A đi về, do ở nhánh
3 bố trí tiếp điểm thường đóng K3 để xóa tín hiệu điện ở cuộn dây Y2 (nhòp trước đó)

+24V

2

1
K1

Start

3

5

K2

a1

K2

4

6

10
K1

K3

K1

b1
K2

K3

K4

11
K3

12
K2

Y2
K1

K2

Y3

Y1

K3

0V



Bước 4
Khi xy lanh A đi về đến cuối hành trình, tác động công tắc hành trình a0 – do ở
nhánh 7 có tiếp điểm K3 thường mở (đây là tiếp điểm chuẩn bò ở bước trước) đang
được đóng (do K3 đang có điện) sẽ làm cho cuộn dây Y4 ở nhánh 13 có điện, xy
lanh B đi về. ở nhánh 5 phải bố trí tiếp điểm thường đóng K4 để xóa tín hiệu điện ở
cuộn dây K3

2

1

+24V
Start

K1

K2

1
K1
1

3
a1

4

5

K2

K1

b1
K2
1

K3

K4

6
K3
1

10

7

a1

K1

11
K4

K3
1

K2
1

13
K3
1

K3

K1
Y2

K2
1

12

K4

Y1
1

Y3
Y4
1

0V

H.V.A.-3/2005 Trang 119


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH


Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Bước 5

Vì đây là loại điều khiển theo nhòp, nên ở nhánh 8 bố trí tiếp điểm K4 thường mở
để duy trì điện cho cuộn dây K4; ở nhánh 9 lắp thêm nút SET để khởi đầu một chu trình;
đồng thời ở nhánh 1 lắp thêm tiếp điểm K4 thường mở dùng để khởi đầu chu trình.

+24V

2

1

Start

K1
1

3

4
K2
1

a1

5

b1

6
K3
1

a0

K4
1

K1
1

K2
1

K3
1

K2
1

K3
\3

K4
1

K1
1

K1
1

K2
1

K3
1

8

7

K4
1

K4
1

9

SET

10
K1
1

Y1
1

11
K4
1

Y2
1

12
K2
1

Y3

1

13
K3
1

Y4
1

Đường xóa
Đường chuẩn bò

H.V.A.-3/2005 Trang 120


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Bài tập ứng dụng :
Bài tập 1
Một chi tiết cần khoan một lỗ khoan, và được điều
khiển bởi hệ thống điều khiển sau:
Các chi tiết được đặt trong một giá đỡ, nhấn một
nút nhấn xy lanh tác động kép 1.0 đi ra đẩy chi tiết vào
vò trí gia công đồng thời cũng kẹp chặt chi tiết, sau đó xy
lanh tác động kép 2.0 được gắn với đầu khoan đi ra chậm
để thực hiện công việc chuyển động chạy dao; cuối hành

trình xy lanh 2.0 tự quay về nhanh; sau đó xy lanh 1.0
quay về để tháo kẹp; và cuối cùng xy lanh tác động đơn
3.0 sẽ đi ra đẩy chi tiết vừa thực hiện xong vào thùng đặt
kế bên và hoàn tất một chu trình.
Bài tập 2
A
0

Tấm thép X được uốn các góc 90
bằng hệ thống điều khiển sau:
Tấm thép được đưa vào bằng tay,
sau khi nhấn nút Start, xy lanh tác động
đơn A kẹp tấm thép, xi lanh B đi ra uốn
chi tiết góc 900 và lập tức quay trở về, xy
lanh C đi ra uốn tiếp để hoàn tất, cuối
cùng lần lượt xy lanh C và A quay trở về,
chi tiết được lấy ra bằng tay.

X

Bài tập 3
Xy lanh 2.0
Chi tiết cần khoan 2 lỗ
giống nhau, được điều khiển
bởi hệ thống sau:
Xy lanh 1.0
Chi tiết được đựng trong
gía đở; sau khi nhấn nút Start xy
lanh tác động kép 1.0 đi ra đẩy
chi tiết vào vò trí gia công, đồng

Xy lanh 3.0
thời chi tiết cũng được kẹp
chặt, xy lanh 2.0 được gắn với
đầu khoan đi ra thực hiện chuyển động chạy dao, cuối hành trình tự quay về; sau đó xy
lanh 3.0 đi ra để di chuyển chi tiết sang vò trí thứ hai; lúc này xy lanh 2.0 lại đi ra để khoan
lỗ thứ hai, cuối hành trình xy lanh 2.0 quay về lại vò trí lỗ thứ nhấtà; cuối cùng xy lanh 1.0
đi vào để tháo kẹp – hoàn tất một chu trình.

H.V.A.-3/2005 Trang 121


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Bài tập 4
Một tấm kim loại mỏng (tôle) được dập bởi một hệ
thống điều khiển bằng Điện Khí nén như sau : Chi tiết
được đưa vào vò trí dập bằng tay; để dập người ta nhấn
đồng thời hai nút nhấn làm cho xy lanh A đi ra dập tấm
loại theo biên dạng đònh sẵn. Sau khi cuối hành trình của
lanh A, xy lanh B đi ra để đẩy tấm kim loại ra khỏi vò trí
– Hoàn tất một chu trình.

kim
xy
dập

Bài tập 5
Một chi tiết cần gia công bởi một hệ thống điều khiển Điện- Khí nén như sau:
 Chương trình 1 : Khoan
Chi tiết chỉ được khoan và kẹp bằng tay. Sau khi nhấn nút Start, chi tiết sẽ được
khoan (xy lanh A )
 Chương trình 2 : Khoan và Doa
Giống như ở chương trình 1, nhưng ở chương trình này, chi tiết còn được tiếp tục
thực hiện bước doa lỗ, cả hai chưong trình chi tiết đều được kẹp bằng tay.
Sau khi nhấn nút chọn chương
trình và nút Start, chi tiết bắt đầu khoan
bởi
xy lanh A, cuối hành trình, xy lanh B đi
ra
đẩy chi tiết sang vò trí doa, khi doa xong
lỗ,
xy lanh C đi trở vào; kế tiếp xy lanh B đi
vào
để trở về vò trí của đầu khoan; và cuối
cùng chi tiết được tháo ra bằng tay.
Nút nhấn chọn chương trình cần
phải được nhấn trước nút Start khi chọn
chương trình 2

H.V.A.-3/2005 Trang 122


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN

Chương :7

II. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG
Đối với phương pháp này, như đã trình bày ở phần I; tuy nhiên vì đây là điều khiển
Điện – Khí nén nên có những khác nhau như sau :
 Trong điều khiển Khí nén thì tín hiệu vào là Khí nén; còn ở điều khiển bằng Điện thì tín
hiệu vào là tín hiệu điện.
 Để chuyển đổi tầng, trong điều khiển Khí nén người ta dùng các phần tử Logic như các
Van AND hoặc Van OR; nhưng ở điều khiển Điện thì các liên kết AND hoặc OR thường
được vẽ bằng cách mắc các tiếp điểm nối tiếp hoặc song song.
 Trong điều khiển Khí nén, trong sơ đồ hành trình bước có n tầng, thì ta sẽ có (n-1) van
đảo tầng (ở đây chính là Van đảo chiều 4/2 hoặc 5/2 duy trì); còn trong Điều khiển các
relais thì các Van đảo tầng được thay thế bằng các cuộn dây tương ứng
+24

Sơ đồ điều khiển mạch 2 tầng

Star

K

K

K

E

E
T1

T2

K
0

Sơ đồ điều khiển mạch 3 tầng
+24V
Start

E1

E3
K1

K1

K1

K1

K2

K2

T1

T2
T1

K2

E2
K2
T3

0

H.V.A.-3/2005 Trang 123


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Sơ đồ điều khiển mạch 4 tầng

+24V
K1

K1

Start

K1
K2

E1

K2

K2
E3
E4

K3

K3

K3

E2

K2

K1

K3
T3

T2

T1

T4

0V

Sơ đồ điều khiển mạch n tầng

+24V
K1

K1

K1
K2

E1

K3

K3
K(n-1)

E2

K3
K(n-1)

E3
En

K2

K2

K(n-1)

Start

E(n-1)

K1

K2

K3

K(n-1)

T(n-1)

T3

T2

T1

Tn

0V

H.V.A.-3/2005 Trang 124


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN

Chương :7

Ví dụ 1:
Các chi tiết sau khi đóng gói, cần được di chuyển sang một dây chuyền khác bằng
một hệ thống điều khiển Điện – Khí nén như sau :
Nhấn nút nhất Start xy lanh tác động hai phía A đi ra nâng chi tiết lên, đến cuối
hành trình xy lanh tác động hai phía B đi ra đẩy chi tiết sang dây chuyền kế tiếp, sau đó xy
lanh A quay trở về, và tiếp theo xy lanh B quay về hoàn tất một chu trình. Hãy vẽ mạch
điều khiển Điện – Khí nén.

Xy lanh B

A1

A

B

A0

B1

Xy lanh A

Bài giải :


Bước 1
Từ yêu cầu công nghệ, ta vẽ sơ đồ hành trình bước
Ta nhận thấy, mạch điều khiển bao gồm có 2 xy lanh, trong đó xy lanh A và B là hai

xy lanh tác động hai phía.



Bước 2
Ta tiến hành chia tầng, như đã trình bày ở phần
Mạch điều khiển được chia ra làm 2 tầng gồm :
- Tầng 1 : A+ B+
- Tầng 2 : B- ALưu ý hai công tắc chuyển tầng :
- E1 là a0
- E2 là b1

H.V.A.-3/2005 Trang 125


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH


Bước 3
Vẽ sơ đồ mạch Khí nén

Y2

Bước 4
Ta tiến hành thiết kế mạch 2 tầng:

B

a1

a0

A

Y1



Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Y3

b0

b1

Y4

+24V
Start

K1

K1

K1

E1

E2
T1

T2

K1

0V



Bước 5 Vẽ mạch điều khiển điện

+24V
V
Start
K1

K1

K1

a0

b0

a1

b1

Y3
K1

Y2

Y4

Y1

0V

H.V.A.-3/2005 Trang 126


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Ví dụ 2:
Một chi tiết cần khoan một lỗ khoan, và được điều khiển bởi hệ thống điều khiển
sau:
Các chi tiết được đặt trong một giá đỡ, nhấn một nút nhấn xy lanh tác động kép 1.0
đi ra đẩy chi tiết vào vò trí gia công đồng thời cũng kẹp chặt chi tiết, sau đó xy lanh tác
động kép 2.0 được gắn với đầu khoan đi ra chậm để thực hiện công việc chuyển động
chạy dao; cuối hành trình xy lanh 2.0 tự quay về nhanh; sau đó xy lanh 1.0 quay về để
tháo kẹp; và cuối cùng xy lanh tác động đơn 3.0 sẽ đi ra đẩy chi tiết vừa thực hiện xong
vào thùng đặt kế bên và hoàn tất một chu trình.

Bài giải :


Bước 1
S2
A

S1

B

S4
S3

C

S6
2

1

3

2

1

3

H.V.A.-3/2005 Trang 127


PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH

Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Từ yêu cầu công nghệ, ta vẽ sơ đồ hành trình bước
Ta nhận thấy, mạch điều khiển bao gồm có 3 xy lanh, trong đó xy lanh 1.0 và 2.0 là
hai xy lanh tác động hai phía, còn xy lanh 3.0 là xy lanh tác động một phía.


Bước 2
Ta tiến hành chia tầng, như đã trình bày ở phần
Mạch điều khiển được chia ra làm 3 tầng gồm :
- Tầng 1 : A+ B+
- Tầng 2 : B- A- C+
- Tầng 3 : CLưu ý hai công tắc chuyển tầng :
- E1 là S5
- E2 là S4
- E3 là S6



Bước 3
Vẽ sơ đồ mạch Khí nén
1.0

Y1

S1

Y2

2.0

S2

Y3

S3

Y4

3.0

S4

Y5

S5

S6

Y6

H.V.A.-3/2005 Trang 128

PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ MẠCH


Môn : ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương :7

Bước 4
Ta tiến hành thiết kế mạch 3 tầng:
+24V
K1

Start

K1

K1

K2

E1

K2

K2

E2

E3

K1

K2
T1

T2

T3

0V



Bước 5 Vẽ mạch điều khiển điện
+24V
Start

K1

K1

K1

S5
K2

K2

K2

S4

S6

S2

S1

Y3
K1

K2

Y4

Y2

S3

Y5

Y6

Y1

0V

H.V.A.-3/2005 Trang 129