Tài liệu Bài tập khí nén kết hợp PLC doc

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 1
CHƯƠNG I
DẪN NHẬP
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 2
I. Đặt vấn đề:
Không khí chung quanh ta nhiều vô kể và nó là một nguồn năng lượng rất
lớn mà con người đã biết sử dụng chúng từ trước Công nguyên. Tuy nhiên sự
phát triển và ứng dụng khí nén lúc đó còn rất hạn chế do sự phối hợp giữa các
ngành vật lý ,cơ học v.v
Vào khoảng thế kỷ 17 các nhà bác học Blaise Pascal, Denis Papin, Otto
von Guerike đã xây dựng nền tảng cho việc ứng dụng của khí nén.
Cùng với sự phát triển của khí nén, năng lượng điện đã phát triển mạnh
mẽ trong nhiều lónh vực làm cho ứng dụng của khí nén giảm. Nhưng không vì
điều đó mà sự phát triển và ứng dụng của khí nén mất đi.
II. Tầm quan trọng và ứng dụng của khí nén:
Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều khiển
bằng khí nén không ngừng diễn ra.
Các ứng dụng của khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết
v.v
Các ứng dụng của khí nén trong truyền động như máy vặn vít, các moto
khí nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ôtô
v.v
III. Ưu nhược điểm của khí nén:
1. Ưu điểm:
• Không gây ô nhiễm môi trường.
• Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học
của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp.
• Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
2. Nhược điểm:

• 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 công cuộc Hiện đại hóa, Công nghiệp hóa đất nước. Đất nước ta
mở cửa cho các nhà đầu tư vào hoạt động. Các hệ thống tự động hóa công
nghiệp điều khiển bằng khí nén cũng dần xuất hiện nhiều.
Tự động hóa trong công nghiệp sẽ cho ra nhiều sản phẩm hơn đồng thời
đòi hỏi sự hoạt động của nó phải đạt độ chính xác cao, an toàn v.v
Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến
quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp.
Trong một số trường Đại học hiện nay có thêm môn học Cơ- Điện tử. Đây
là sự kết hợp giữa hai ngành Cơ khí và Điện –Điện tử .
Nhằm giúp sinh viên có kiến thức sơ đẳng về điều khiển tự động các thiết
bò khí nén, em thực hiện đề tài “ Xây dựng bài thực tập khí nén kết hợp điều
khiển bằng PLC “. Đề tài này giúp cho sinh viên ngành Điện phần nào hiểu
được cách thức hoạt động của các thiết bò khí nén đồng thời ứng dụng PLC vào
điều khiển chúng.
Đề tài được trình bày theo dạng các bài thí nghiệm, sinh viên sau khi nắm
vững lý thuyết, sẽ thực hành theo các dạng bài tập thí nghiệm. Các bài thí
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 3
nghiệm được viết theo trình tự từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp nằm
giúp sinh viên dễ dàng nắm bắt bài học hơn.
Đề tài này được thực hiện trên bộ thí nghiệm khí nén của hãng LAB-
VOLT
Đề tài giới thiệu cho sinh viên các thiết bò và các thức hoạt động của các
thiết bò, tự động điều khiển các thiết bò bằng PLC. Giúp sinh viên có kiến thức
căn bản nhất về khí nén.
Với q thời gian 7 tuần lễ và đây là một đề tài mới mẻ đối với em.
Trong quá trình nghiên cứu xây dựng bài thực tập do kiến thức còn hạn chế

chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, kính mong q Thầy Cô cùng các
bạn sinh viên đóng góp ý kiến để xây dựng đề tài tốt hơn.
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 4
CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU VỀ
KHÍ NÉN
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 5
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
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 6
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:
v 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.
v 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.
v 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, …
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’.
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
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 7
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:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Van đảo chiều 2/2
Van đảo chiều 4/2
Van đảo chiều 5/2
a b
Kí hiệu cửa xả khí
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
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 8
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:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Kí hiệu nút nhấn tổng quát
Nút bấm
Tay gạt
Bàn đạp
b. Tác động bằng khí nén:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 9
c. Tác động bằng cơ:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Trực tiếp
Bằng nam châm điện và van phụ trợ
Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể
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.
*
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 10
Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện:
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, …
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.
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

A
R
1
0
P
Y
R
a
b
P
Y1
Y2
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 11
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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.
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.
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.

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.
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.
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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.
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 chung:
A
B
A
P2
P1
•
A
P
P
P
A
R

•
•
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 12
Có mối nối ren:
Không có mối nối ren:
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.
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.
IV. Van áp suất:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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.
Van tràn:
Nguyên tắc họat động tương tự như
áp suất, nhưng khi áp suất bằng hoặc lớn

hơn áp suất cho phép thì cửa P nối với
cửa A.
A
B
•
•
A
B
A
•
•
•
B
P(1)
R(3)
•
AP(1)
•
•
•
A
B
A
•
•
•
B
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 13
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.
V. 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:
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
)
P
R
U
D
p

D
F ∆=
4
.14,3
2
ua
PPp −=∆
A
Z
P
R
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 14
VI. 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:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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.
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 .
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.
VII. 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.
v 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.
v 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.
•
X
P
P
X
P
X
P
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 15
Ký hiệu biểu diễn trong biểu đồ trạng thái:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Công tắc ngắt khi nguy hiểm

Nút đóng
Nút đóng & ngắt
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
Phần tử áp suất
A
T
T
T
p
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 16
Phần tử thời gian
Tín hiệu rẽ nhánh
Liên kết OR
Liên kết AND
Phần tử tín hiệu tác động bằng cơ
Liên kết OR có một nhánh phủ đònh
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:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU

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.
a. Chiều tác dụng ngược lại do ngoại
lực.
t
•
•
•
S
3
•
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 17
b. Chiều tác dụng ngược lại do lò xo.
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.
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.
Xilanh trượt:
Xilanh trượt là loại xilanh không có cần
piston, có chiều dài chỉ bằng một nửa so
với xilanh có cần piston
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
b
a
Kí hiệu chung
Kí hiệu theo yêu
cầu đặc biệt
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 18
Ký hiệu:
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
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:
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.
A
a
2
a
1
B
b
2
b
1
a.
b.
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 19
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.
l
l
l
1
2 3
A
a
1
l
l
l
l
l
5≡1

B
a
2
b
1
b
2
l
4
l
a
1
b
1
a
2
b
1
a
2
b
2
a
2
b
1
+A
-A-B
+B
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC

Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 20
CHƯƠNG III
GIỚI THIỆU VỀ
ĐIỆN - KHÍ NÉN
KẾT HP PLC
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 21
I KHÁI NIỆM:
Điều khiển là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác dụng của một
hay nhiều đại lượng vào, các đại lượng ra thay đổi theo một quy luật nhất đònh của hệ
thống đó.
Một hệ thống điều khiển bao gồm:
Ví dụ : Ví dụ : Ví dụ :
_ Công tắc , nút bấm _ Van đảo chiều _ Xilanh
_ Công tắc hành trình _ Van chắn _ Động cơ khí nén
_ Cảm biến bằng tia _ Van tiết lưu _ Bộ biến đổi áp lực
_ Van áp suất
_ Phần tử khuếch đại
Hệ thống điện khí nén được biểu diễn một cách tổng quát theo hình dưới đây.
Mạch điều khiển thông thường là điện một chiều 24VDC.
U
VÀO
= 230 V / 50 Hz
I
VÀO
= 10 A
U
RA
= 24 V DC
I

RA
= 5 A
•
Mạng điện
Bộ phân
phối điện
Nút nhấn
Mạch điện điều khiển
Phần tử điều khiển
(van đảo chiều)
Cơ cấu chấp hành
Rơle
Nam châm điện
Tiếp điểm
Phần tử đưa tín hiệu
Phần tử xử lý và
điều khiển
Cơ cấu chấp hành
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 22
II. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN:
1) Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện:
TÊN THIẾT BỊ KÝ HIỆU
Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng
nam châm điện và lò xo
Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng
nam châm điện cả hai phía
Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng
nam châm điện và khí nén
Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng

nam châm điện cả hai phía
Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng
nam châm điện và khí nén
2) Các phần tử điện:
TÊN THIẾT BỊ KÝ HIỆU
Công tắc:
Trong điều khiển, công tắc, nút nhấn
là các phần tử đưa tín hiệu. Phần này giới
thiệu 2 loại công tắc thông dụng là công
tắc đóng mở và công tắc chuyển mạch.
Nút nhấn:
_ Nút nhấn đóng mở: bình thường 3 và 4
không nối với nhau, khi nhấn nút, 3 nối
với 4.
_ Nút nhấn chuyển mạch: thường có 2
tiếp điểm thường kín và thường hở. Khi
nhấn nút, tiếp điểm thường kín sẽ hở ra và
tiếp điểm thường hở sẽ kín lại
1
2
4
2
2
4
3
1
Công tắc đóng
mở
Công tắc chuyển
mạch

1
2
4
2
2 4
31
Nút nhấn đóng
mở
Nút nhấn chuyển
mạch
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 23
Rơle:
Rơle được sử dụng như phần tử xử lý tín
hiệu. Có nhiều loại rơle khác nhau tùy
theo công dụng.
_ Rơle đóng mạch:
Khi dòng điện vào cuộn dây cảm
ứng, lực từ trường xuất hiện sẽ hút lõi sắt,
trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp
điểm chính để đóng mở mạch chính, các
tiếp điểm phụ để đóng mở các mạch điều
khiển.
_ Rơle điều khiển:
Rơle điều khiển khác rơle đóng
mạch ở chỗ là rơle điều khiển đóng mở
cho mạch công suất nhỏ và thời gian đóng
mở rất nhỏ.
_ Rơle tác động muộn:
Khi cấp nguồn điện vào cuộn K, thì

sau một khoảng thời gian ∆t, các tiếp
điểm K1 mới được tác động.
_ Rơle thời gian nhả muộn:
Khi ngừng cấp điện cho cuộn hút K
thì sau một thời gian ∆t các tiếp điểm K1
mới trở lại vò trí ban đầu.
1
2
4
6
14
22
32
42
3
5
13
21
31
41
Tiếp điểm chính Tiếp điểm phụ
1
2
3
4
A
1
A
2
K

4
1
2
3
A
A
K
∆
t
K
4
1
2
3
A
B
1
B
2
K
K
1
K
1
K
∆
t
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 24
Công tắc hành trình điện - cơ:

Bình thường tiếp điểm 1 nối với 2, khi
con lăn chạm cữ hành trình, tiếp điểm 1
nối với 4.
a. Khi không tác động:
b. Khi có sự tác động:
Công tắc hành trình nam châm:
Công tắc hành trình nam châm thuộc
lọai công tắc hành trình không tiếp xúc.
Cảm biến cảm ứng từ:
Cảm biến cảm ứng từ hoạt động dựa trên
nguyên tắc cảm ứng điện từ. Với sự thay
đổi khoảng cách giữa cảm biến và vật sẽ
làm độ rộng xung của tín hiệu tại ngõ ra
thay đổi.
Cảm biến điện dung:
Khi có vật cản sẽ làm điện dung của
cảm biến thay đổi dẫn đến tần số riêng
của bộ dao động bên trong cảm biến thay
đổi,làm cho tần số tín hiệu ngõ ra của cảm
biến thay đổi.
Cảm biến quang:
Cảm biến quang gồm 2 bộ phận:
_ Bộ phận phát quang
_ Bộ phận nhận quang
Do sự bố trí của 2 bộ phận này mà ta
có 2 dạng cảm biến quang: cảm biến
quang 1 chiều và cảm biến quang phản
hồi. Bộ phận nhận quang sẽ nhận tín hiệu
quang từ bộ phận phát gửi về điều khiển.
•

S
1
2
4
•
S
1
2
4
•
S
1
2
4
a b
4
1
B
Fe
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 25
3) Phần tử chuyển đổi tín hiệu:
Phần tử chuyển đổi tín hiệu
khí nén – điện:
Nguyên lý họat động của
phần tử chuyển đổi tín hiệu khí
nén điện: áp suất p vào cửa Z
sẽ điều khiển đóng mở công
tắc để điều khiển tiếp điểm 1
nối với tiếp điểm 2.

Trong điều khiển, tín hiệu
điều khiển (áp suất khí nén) có
thể tác động trực tiếp lên màng
để đóng mở tiếp điểm.
Tín hiệu khí nén X tác động
lên màng làm thay đổi tiếp
điểm.
Hay kết hợp với phần tử
khuếch đại để thay đổi tiếp
điểm.
Phần tử chuyển đổi tín hiệu điện – khí nén:
Nguyên lý cơ bản của chuyển đổi tín hiệu điện khí nén là nam châm điện. Khi cấp
điện cho cuộn dây nam châm, lõi từ dòch chuyển sẽ làm thay đổi vò trí của nòng van,
thực hiện chức năng điều khiển.
III. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN:
1) Nguyên tắc thiết kế:
Một sơ đồ điều khiển điện - khí nén bao gồm 2 phần:
_ Sơ đồ mạch điện điều khiển.
_ Sơ đồ mạch khí nén.
Khi biểu diễn trên sơ đồ mạch điện điều khiển, các phần tử phải ở trạng thái
chưa có tín hiệu tác động vào.
• Sự liên hệ giữa 2 sơ đồ:
Trên sơ đồ mạch điện và sơ đồ mạch khí nén được ghi chú bằng các ký
hiệu số tương ứng của rơle trong mạch điều khiển và nam châm điện của
van đảo chiều hoặc rơle áp suất điện trong mạch khí nén.
2) Sơ đồ mạch điện điều khiển:
p(bar)
0
P
đóng

P
mở
1
Tín hiệu điện
°
°
B
Z
t
1
2
X
X
P