1 BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mô đun: Điều khiển điện khí nén NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25.tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề) Hà Nội, năm 2013 2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 3 LỜI GIỚI THIỆU Cùng sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén thủy lực sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, dây chuyền chế biến thực phẩm,… do những thiết bị này làm việc linh hoạt, với kích thước nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện. Nhằm trang bị cho bạn đọc nền kiến thức và kỹ năng tốt nhất để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị của hệ thống điều khiển khí nén trong thực tế, bằng những kinh nghiệm tác giả đúc kết được từ thực tiễn trên các máy công nghệ điều khiển số hiện đại và từ thực tế giảng dạy cũng như tham khảo một số tài liệu đáng tín cậy trong nước và tài liệu dự án, nhóm tác giả đã biên soạn giáo trình dạy ở trình độ Cao đẳng nghề cho nghề Điện công nghiệp.
Hy vọng với nội dung của quyển giáo trình này, bạn đọc có thể tính toán, thiết kế, lắp đặt và điều khiển được một hệ thống truyền dẫn khí nén theo các yêu cầu khác nhau. Cấu trúc của quyển giáo trình này được chia làm 6 bài: Bài 1 Cơ sở lý thuyết về khí nén. Bài 2 Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. Bài 3 Thiết bị phân phối và cơ cấu chấp hành.
Bài 4 Các phần tử trong hệ thống điều khiển Bài 5 Cơ sở lý thuyết điều khiển bằng khí nén. Bài 6 Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén. Trong quá trình biên soạn giáo trình này, không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp của các độc giả gần xa.
Hải Phòng, ngày……tháng….năm 2013 Tham gia biên soạn 1. Dương Đức Khải – Chủ biên 2. Ngô Quang Huynh 3. Vũ Thu Huyền 4 MỤC LỤC 1.
Lời giới thiệu 03 2. Bài 1 Cơ sở lý thuyết về khí nén 07 1. Khái niệm chung 07 1. Vài nét về sự phát triển 07 1.
Khả năng ứng dụng của khí nén 07 1. Trong lĩnh vực điều khiển 07 1. Trong hệ thống truyền động 08 1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén 08 1.
Nhược điểm 08 2. Một số đặc điểm của hệ truyền động bằng khí nén 09 2. Độ an toàn khi quá tải 09 2. Sự truyền tải năng lượng 09 2.
Tuổi thọ và bảo dưỡng 09 2. Khả năng thay thế các phần tử thiết bị 09 2. Vận tốc truyền động 09 2. Khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng và áp suất 10 2.
Vận tốc truyền tải 10 3. Đơn vị đo trong hệ thống điều khiển 10 3. Cơ sở tính toán khí nén 11 4. Thành phần hóa học của khí nén 11 4.
Phương trình trạng thái nhiệt động học 12 4. Phương trình trạng thái tổng quát 12 4. Định luật Boyle - Mariotte 12 4. Định luật 1 Gay - Lussac 13 4.
Định luật 2 Gay - Lussac 14 4. Phương trình đoạn nhiệt 14 4. Độ ẩm không khí 16 4. Phương trình dòng chảy 17 4.
Lưu lượng khí nén qua khe hở 18 4. Tổn thất áp suất của khí nén 20 5 4. Bài 2 Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén 26 1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí 26 1.
Máy nén khí kiểu pít - tông 27 1. Máy nén khí kiểu cánh gạt 28 1. Máy nén khí kiểu bánh răng - trục vít 30 1. Máy nén khí kiểu Root 32 1.
Máy nén khí kiểu tuabin 32 2. Thiết bị xử lý khí nén 33 2. Yêu cầu về khí nén 33 2. Các phương pháp xử lý khí nén 34 2.
Bài 3 Thiết bị phân phối và cơ cấu chấp hành 39 1. Thiết bị phân phối khí nén 39 1. Bình trích chứa khí nén 39 1. Mạng đường ống 40 2.
Cơ cấu chấp hành 40 2. Xy - lanh tác động đơn 41 2. Xy - lanh tác động kép 41 2. Xy - lanh màng 42 2.
Động cơ khí nén 42 2. Động cơ bánh răng 43 2. Bài 4 Các phần tử trong hệ thống điều khiển 44 1. Van đảo chiều 45 2.
Nguyên lý hoạt động 45 2. Một số van đảo chiều thường gặp 47 3. Van một chiều 53 3. Van logic OR 53 3.
Van logic AND 54 3. Van xả khí nhanh 54 4. Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi 55 4. Van tiết lưu có tiến diện thay đổi 55 4.
Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay 55 5. Van an toàn 56 5. Van điều chỉnh áp suất 57 5. Van điều chỉnh thời gian 59 6.
Rơ le thời gian đóng chậm 59 6. Rơ le thời gian ngắt chậm 59 7. Van chân không 60 8. Cảm biến bằng tia rẽ nhánh 60 8.
Cảm biến bẳng tia phản hồi 61 8. Cảm biến bằng tia qua khe hở 61 9. Phần tử khuếch đại 62 10. Phần tử chuyển đổi tín hiệu 63 10.
Phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén - điện 64 10. Phần tử chuyển đổi tín hiệu điện - khí nén 65 7. Bài 5 Cở sở lý thuyết điều khiển bằng khí nén 66 1. Khái niệm cơ bản về điều khiển 66 2.
Các phần tử mạch logic 67 2. Phần tử NOT 68 2. Phần tử AND 68 2. Phần tử NAND 69 2.
Phần tử OR 69 2. Phần tử NOR 70 2. Phần tử XOR 71 2. Phần tử X-NOR 71 3.
Lý thuyết đại số Boole 72 3. Qui tắc cơ bản của đại sô Boole 72 3. Phần tử nhớ 80 4. Biểu diễn phần tử logic của khí nén 82 4.
Phần tử NOT 82 4. Phần tử OR và NOR 83 4. Phần tử AND và NAND 84 4. Phần tử EXC-OR 85 4.
Bài 6 Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén 87 1. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển 87 1. Biểu đồ trạng thái 87 1. Lưu đồ tiến trình 92 7 2.
Phân loại phương pháp điều khiển 94 2. Điều khiển bằng tay 94 2. Điều khiển tùy động theo thời gian 96 2. Điều khiển tùy động theo hành trình 97 3.
Các phần tử điện khí nén 99 3. Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện 100 a. Điều khiển trực tiếp 100 c. Điều khiển gián tiếp 101 3.
Các phần tử điện 103 a. Công tắc hành trình điện - cơ 106 e. Cảm biến tiệm cận 107 4. Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén 109 4.
Nguyên tắc thiết kế 109 4. Mạch dạng xung bằng khí nén 110 4. Mạch trigơ một trạng thái bền bằng khí nén 111 4. Mạch điều khiển điện khí nén với một xy- lanh 112 4.
Mạch điều khiển điện khí nén với hai xy- lanh 113 4. Bộ dịch chuyển theo nhịp 115 5. Mạch tổng hợp điều khiển theo nhịp 118 5. Mạch điều khiển với chu kì đồng thời 118 5.
Mạch điều khiển với chu kì thực hiện tuần tự 119 6. Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnaugh 120 7. Các mạch ứng dụng 127 9. Tài liệu tham khảo 132 8 MÔ ĐUN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN Mã mô đun: MĐ15 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun này là mô đun cơ sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị các kiến thức cần thiết cho các phần học kỹ thuật chuyên môn tiếp theo.
Mô đun này học sau các môn học: An toàn lao động; Vật liệu điện; Đo lường điện; Mạch điện. - Tính chất: Là mô đun thuộc mô đun đào tạo nghề điện công nghiệp. Mục tiêu của mô đun: - Hiểu được về hệ thống khí nén, logic điều khiển, phương pháp điều khiển, thiết lập mạch điều khiển điện khí nén. - Hình thành kỹ năng lập chương trình điều khiển.
- Đọc được các sơ đồ điều khiển điện - khí nén, thiết lập được các mạch điều khiển điện khí nén. - Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, chủ động, sáng tạo và khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong công việc. Nội dung của mô đun: Số Tên các bài trong Thời gian (giờ) TT Mô đun Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra 1 Cơ sở lý thuyết về khí nén 4 4 0 2 Máy nén khí và các thiết bị xử lý 12 3 8 1 khí nén 3 Thiết bị phân phối và cơ cấu chấp 10 2 8 hành 4 Các phần tử trong hệ hống 24 12 11 1 điều khiển 5 Cơ sở lý thuyết điều khiển 30 10 19 1 bằng khí nén 6 Thiết kế mạch điều khiển điện 40 14 24 2 khí nén Cộng 120 45 70 5 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành được tính vào giờ thực hành. 9 BÀI 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN Mã bài: MĐ15-01 Giới thiệu: Bài học này sẽ giới thiệu tới sinh viên các vấn đề về lịch sử hình thành phát triển và cơ sở tính toán khí nén, từ đó giúp sinh viên có được nguồn kiến thức cơ bản để phục vụ cho các bài học tiếp theo.
Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm và đặc điểm hệ truyền động bằng khí nén. - Phân tích được các đại lượng đặc trưng của khí nén và ứng dụng của chúng trong công nghiệp. - Rèn luyện tính chủ động, nghiêm túc trong học tập và trong công việc. Nội dung chính: 1.
Khái niệm chung Mục tiêu: - Trình bày được lịch sử phát triển, khả năng ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. Vài nét về sự phát triển - Ứng dụng khí nén đã có từ thời trước Công Nguyên, tuy nhiên sự phát triển của khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ, nhất là sự kết hợp giữa kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu. còn thiếu, cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế. - Mãi đến thế kỷ thứ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén mới lần lượt được phát minh.
