Giáo Trình Công Nghệ Thủy Lực và Khí Nén - Phần Khí Nén

• Tác giả: TS Lê Hiếu Giang
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thủy Lực và Khí Nén
• Đề tài: Giáo Trình Công Nghệ Thủy Lực và Khí Nén: Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI NÓI ĐẦU
• MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ TIẾNG ANH
• Mục lục
• 1. CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN
• 1.1. Giới thiệu về các hệ thống điều khiển chuyển mạch tự động (switching systems)
• 1.2. Các hệ thống chuyển mạch tuần tự
• 1.3. Đại số Boolean và các cổng logic
• 1.3.1. Hằng và biến nhị phân
• 1.3.2. Bảng sự thật
• 1.3.3. Các phép toán logic và cổng logic cơ bản
• 1.3.4. Lý thuyết đại số Boolean
• 1.3.5. Biểu thức logic và đơn giản biểu thức logic
• 1.3.6. Bảng Karnaugh và đơn giản biểu thức logic
• 1.3.7. Các cổng logic khác
• 1.3.8. Ký hiệu cổng logic theo tiêu chuẩn DIN 40 100
• 1.4. Ký hiệu các phần tử khí nén
• 1.4.1. Ký hiệu cơ bản của van
• 1.4.2. Ký hiệu tác động, điều khiển van
• 1.4.3. Một số ví dụ về ký hiệu điều khiển van
• 1.4.4. Một số ký hiệu của các thiết bị cơ bản khác trong hệ thống khí nén
• 1.5. Các phần tử mạch logic và phần tử logic khí nén tƣơng đƣơng
• 1.5.1. Phần tử NOT
• 1.5.2. Phần tử AND
• 1.5.3. Phần tử OR
• 1.5.4. Phần tử NAND
• 1.5.5. Phần tử X-OR
• 1.5.6. Phần tử X-NOR
• 1.5.7. Các hàm logic khác
• 1.6. Sử dụng một số loại van cho các hàm logic
• 1.6.1. Van 3/2 thường đóng sử dụng cho hàm logic một, hai và ba inputs
• 1.6.2. Van 5/2 sử dụng cho hàm logic một và hai inputs
• 1.6.3. Tính chất flip-flop của các van khí nén
• 1.7. Các thành phần của hệ thống khí nén
• 1.8. Biểu diễn quá trình hoạt động của hệ thống bằng biểu đồ trạng thái
• 1.8.1. Các ký hiệu thường dùng để mô tả các phần tử
• 1.8.2. Biểu đồ trạng thái của cơ cấu chấp hành
• 1.8.3. Biểu đồ trạng thái của các phần tử theo biểu đồ trạng thái của cơ cấu chấp hành
• 1.9. Bài tập chƣơng 1
• 2. CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CÁC MẠCH KHÍ NÉN ĐƠN GIẢN
• 2.1. Điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp
• 2.1.1. Điều khiển trực tiếp cơ cấu chấp hành
• 2.1.2. Điều khiển gián tiếp cơ cấu chấp hành
• 2.2. Mạch khí nén tự duy trì
• 2.3. Mạch điều khiển theo thời gian
• 2.3.1. Mạch điều khiển thời gian sử dụng phần tử đóng chậm
• 2.3.2. Mạch điều khiển thời gian sử dụng phần tử ngắt chậm theo chiều dương
• 2.4. Mạch điều khiển theo áp suất
• 2.5. Thiết kế mạch điều khiển tuần tự đơn giản – cấp nguồn trực tiếp
• 2.5.1. Giả thiết và các bước thiết kế
• 2.5.2. Các ví dụ minh họa
• 2.6. Bài tập chƣơng 2
• 3. CHƯƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN THEO TẦNG (CASCADE)
• 3.1. Khái niệm về phƣơng pháp Cascade
• 3.2. Nguyên lý hình thành phương pháp
• 3.3. Phƣơng pháp thiết kế và các ví dụ thiết kế
• 3.3.1. Các bước thiết kế
• 3.3.2. Các ví dụ
• 3.4. Bài tập chƣơng 3
• 4. CHƯƠNG 4. CÁC BỘ ĐẾM LẬP TRÌNH ĐƢỢC BẰNG KHÍ NÉN VÀ ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN
• 4.1. Các loại bộ đếm lập trình đƣợc
• 4.1.1. Bộ đếm một mã nóng (one-hot code) lập trình được
• 4.1.2. Bộ đếm hai mã nóng (two-hot code) lập trình được
• 4.1.3. Sơ đồ khối của bộ đếm lập trình được và nguyên tắc điều khiển
• 4.2. Giới thiệu khối module TAA, TAB của hãng Festo
• 4.3. Khối module ghép nối TAA và TAB
• 4.4. Thiết kế mạch khí nén điều khiển theo nhịp tuần tự sử dụng các bộ đếm
• 4.5. Thiết kế mạch khí nén điều khiển tầng sử dụng bộ đếm lập trình đƣợc
• 4.6. Thiết kế mạch nhảy cóc theo điều kiện
• 4.7. Thiết kế mạch lặp lại sử dụng bộ đếm lập trình đƣợc
• 4.8. Bài tập chƣơng 4
• 5. CHƯƠNG 5. PHƢƠNG PHÁP BẢNG LƢU ĐỒ (FLOW-TABLE)
• 5.1. Van dẫn hƣớng và địa chỉ
• 5.2. Phƣơng pháp thiết kế và các ví dụ
• 5.2.1. Các bước thiết kế
• 5.2.2. Các ví dụ hướng dẫn
• 5.3. Bài tập chƣơng 5
• 6. CHƯƠNG VI. PHƢƠNG PHÁP TÍN HIỆU THAY ĐỔI
• 6.1. Phƣơng pháp tín hiệu thay đổi
• 6.2. Ví dụ 2
• 6.3. Bài tập chƣơng 6
• 7. CHƯƠNG VII. PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ HUFFMAN
• 7.1. Các trạng thái ổn định và không ổn định
• 7.2. Các bƣớc thiết kế đối với xylanh có van điều khiển hƣớng sử dụng lò xo
• 7.3. Bảng lưu đồ kết hợp
• 7.4. Tạo hàm kích hoạt
• 7.5. Tạo hàm tín hiệu ra điều khiển hướng
• 7.6. Cách thức thêm vào tín hiệu khởi động START
• 7.7. Thiết kế mạch điều khiển dựa vào các hàm kích hoạt và hàm các tín hiệu ra điều khiển hướng
• 7.8. Các ví dụ thiết kế cho các xy lanh có van điều khiển hƣớng không sử dụng lò xo
• 7.9. Bài tập chƣơng 7
• 8. CHƯƠNG 8. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHÍ NÉN
• 8.1. Một số ký hiệu về thiết bị điện khí nén
• 8.2. Các mạch điện đơn giản
• 8.2.1. Mạch điện điều khiển trực tiếp sử dụng công tắc duy trì
• 8.2.2. Mạch điện điều khiển sử dụng tiếp điểm tự duy trì bằng rơle
• 8.2.3. Mạch điện điều khiển sử dụng rơle thời gian
• 8.3. Các phƣơng pháp thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống khí nén bằng rơ le
• 8.3.1. Thiết kế mạch điện điều khiển theo nhịp sử dụng chuỗi bước có xóa
• 8.3.2. Thiết kế mạch điện theo tầng sử dụng phương pháp chuỗi bước có xóa
• 8.3.3. Thiết kế mạch điện điều khiển theo tầng lồng ghép (cascade)
• 8.3.4. Thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống khí nén với phương pháp Flow-table
• 8.3.5. Thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống khí nén với phương pháp Huffman
• 8.4. Bài tập chƣơng 8
• 9. CHƯƠNG 9. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHÍ NÉN BẰNG PLC
• 9.1. Các thành phần của một PLC
• 9.2. Các thành phần của một hệ thống khí nén điều khiển bằng PLC
• 9.3. Thủ tục tạo ra một chƣơng trình điều khiển bằng PLC
• 9.4. Các giải thuật điều khiển PLC
• 9.5. Bài tập chƣơng 9
• 10. CHƯƠNG 10. MỘT SỐ MẠCH KHÍ NÉ N ĐẶC BIỆT VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG KHÍ NÉN
• 10.1. Mô ̣t số loa ̣i cơ cấ u ke ̣p sƣ̉ du ̣ng piston khí nén
• 10.2. Các mạch điều khiển dừng khẩn cấp
• 10.2.1. Kiểu dừng “khóa cứng piston”
• 10.2.2. Kiểu dừng piston “không chuyển động”
• 10.2.3. Kiểu dừng piston với “vi ̣ trí an toàn chọn trước”
• 10.2.4. Kiểu dừng piston không thay đổ i hướng
• 10.3. Mạch khí nén sử dụng bộ đếm khí nén
• 10.4. Một số ứng dụng khí nén trong công nghiệp
• 10.4.1. Thiết bị bốc tấm
• 10.4.2. Thiết bị sắp xếp ngay ngắn các chồng tấm vật liệu
• 10.4.3. Thiết bị khoan đặc biệt
• 10.4.4. Thiết bị khoan lỗ cho khối U
• 10.4.5. Thiết bị bôi chất dính
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về Giáo Trình Công Nghệ Thủy Lực và Khí Nén

Giáo trình Công Nghệ Thủy Lực và Khí Nén cung cấp kiến thức cơ bản và nâng cao về các hệ thống điều khiển khí nén. Nội dung giáo trình không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ về lý thuyết mà còn áp dụng vào thực tiễn. Đặc biệt, giáo trình này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thiết kế hệ thống điều khiển hiệu quả trong ngành công nghiệp hiện đại.

1.1. Tổng quan về công nghệ thủy lực và khí nén

Công nghệ thủy lực và khí nén là hai lĩnh vực quan trọng trong tự động hóa. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong sản xuất.

1.2. Mục tiêu của giáo trình

Mục tiêu của giáo trình là cung cấp cho sinh viên những kiến thức cần thiết để thiết kế và vận hành các hệ thống điều khiển khí nén, từ lý thuyết đến thực hành.

II. Vấn đề và Thách thức trong Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển

Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén gặp nhiều thách thức, từ việc lựa chọn thiết bị đến tối ưu hóa hiệu suất. Các vấn đề như độ tin cậy, an toàn và chi phí là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Các vấn đề thường gặp trong thiết kế

Một số vấn đề thường gặp bao gồm sự cố thiết bị, độ chính xác trong điều khiển và khả năng tương thích giữa các thành phần trong hệ thống.

2.2. Thách thức trong việc đảm bảo an toàn

An toàn là yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống khí nén. Cần có các biện pháp bảo vệ để ngăn ngừa sự cố và đảm bảo an toàn cho người vận hành.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Khí Nén Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển khí nén, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí.

3.1. Phương pháp thiết kế theo tầng

Phương pháp thiết kế theo tầng giúp phân chia hệ thống thành các phần nhỏ hơn, dễ quản lý và tối ưu hóa từng phần.

3.2. Phương pháp thiết kế Cascade

Phương pháp Cascade cho phép thiết kế các mạch điều khiển phức tạp hơn, giúp cải thiện tính linh hoạt và hiệu suất của hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Công Nghệ Khí Nén

Công nghệ khí nén được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất công nghiệp đến tự động hóa trong các dây chuyền lắp ráp. Việc áp dụng công nghệ này giúp nâng cao năng suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong ngành sản xuất

Trong ngành sản xuất, công nghệ khí nén được sử dụng để điều khiển các thiết bị tự động, giúp tăng cường hiệu suất và độ chính xác.

4.2. Ứng dụng trong tự động hóa

Công nghệ khí nén đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa, giúp giảm thiểu sức lao động và nâng cao hiệu quả sản xuất.

V. Kết Luận và Tương Lai của Công Nghệ Khí Nén

Công nghệ khí nén đang ngày càng phát triển và có nhiều tiềm năng trong tương lai. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp thiết kế mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong các hệ thống điều khiển.

5.1. Tương lai của công nghệ khí nén

Công nghệ khí nén sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các thiết bị mới và phương pháp thiết kế tiên tiến, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về công nghệ khí nén sẽ tập trung vào việc cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và an toàn của các hệ thống điều khiển.