SỞ GIAO THÔNG VẬN TẢI NAM ĐỊNH TRƯỜNG TRUNG CẤP GIAO THÔNG VẬN TẢI GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP ( Lưu hành nội bộ) Ban hành kèm theo Quyết định số:136 /QĐ-TTCGTVT ngày 07 tháng 05 năm 2021 của Hiệu trưởng trường Trung cấp GTVT Nam Định Nam định, Năm 2021 1 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. LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Điều khiển điện khí nén này được biên soạn theo chương trình khung đào tạo mô đun nghề tự chọn chuyên ngành Điện Công Nghiệp. Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thông tin có thể được tham khảo.
Giáotrình trình bày những vấn đề cốt lõi nhất của mô đun Điều khiển điện khí nén. Các bài học được trình bày ngắn gọn, có nhiều ví dụ và hình ảnh minh hoạ. Giáo trình gồm có 6 bài : Bài 1: Cơ sở lý thuyết về khí nén Bài 2: Máy nén khí và các thiết bị xử lý khí nén Bài 3: Thiết bị phân phối và cơ cấu chấp hành Bài 4: Các phần tử trong hệ hống 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 giảng dạy và biên soạn giáo trình này, chúng tôi đã nhận được sự động viên của quý thầy, cô trong Ban Giám Hiệu nhà trường cũng như những ý kiến của các đồng nghiệp trong khoa. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn và hy vọng rằng giáo trình này sẽ giúp cho việc dạy và học mô đun Điều khiển điện khí nén của trường chúng ta ngày càng tốt hơn.
Nam Định, ngày 28 tháng 03 năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên soạn: Nguyễn Công Ánh 2. Thành viên tham gia: Phạm Minh Trường 3 MỤC LỤC TRANG 1. Lời giới thiệu 3 2.
Giới thiệu về mô đun 6 4. BÀI 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 7 5. Khái niệm chung 7 6. Một số đặc điểm của hệ truyền động bằng khí nén 9 7.
Đơn vị đo trong hệ thống điều khiển 10 8. Cơ sở tính toán khí nén 11 9. BÀI 2 MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN 26 10. Thiết bị xử lý khí nén 33 12.
BÀI 3 THIẾT BỊ PHÂN PHỐI VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 40 13. Thiết bị phân phối khí nén 40 14. Cơ cấu chấp hành 41 15. BÀI 4 CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 45 16.
Van đảo chiều 46 18. Van điều chỉnh thời gian 59 22. Van chân không 60 23. Phần tử khuếch đại 62 25.
Phần tử chuyển đổi tín hiệu 64 26. BÀI 5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN 66 27. Khái niệm cơ bản về điều khiển 66 28. Các phần tử mạch logic 67 29.
Lý thuyết đại số Boole 71 30. Biểu diễn phẩn tử logic của khí nén 81 31. BÀI 6 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN 86 32. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển 86 33.
Phân loại phương pháp điều khiển 93 4 34. Các phần tử điện khí nén 99 35. Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén 108 36. Mạch tổng hợp điều khiển theo nhịp 117 37.
Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnaugh 119 38. Các mạch ứng dụng 126 39. TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 5 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Điều khiển khí nén Mã mô đun: MĐ16 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: - Về kiến thức: + Hiểu được về hệ thống khí nén, logic điều khiển, phương pháp điều khiển, thiết lập mạch điều khiển điện khí nén. - Về kỹ năng: + 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.
- Năng lực tự chủ và chịu trách nhiệm: 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: 6 BÀI 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN Mã bài: MĐ16-01 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. Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện thì vai trò sử dụng năng lượng bằng khí nén bị giảm dần. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng bằng khí nén vẫn đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng điện sẽ không an toàn.
Khí nén được sử dụng ở những dụng cụ nhỏ nhưng truyền động với vận tốc lớn như: búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh… nhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy. Sau chiến tranh thế giới thứ hai, việc ứng dụng năng lượng bằng khí nén trong kỹ thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽ. Những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén mới được sáng chế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Sự kết hợp khí nén với điện - điện tử sẽ quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển trong tương lai.
Khả năng ứng dụng của khí nén 1. Trong lĩnh vực điều khiển 7 - Những năm 50 và 60 của thế kỷ 20 là giai đọan kỹ thuật tự động hóa quá trình sản xuất phát triển mạnh mẽ. Kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chỉ riêng ở Cộng Hoà Liên Bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử điều khiển bằng khí nén.
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó hay xảy ra những vụ nổ nguy hiểm như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp cho các chi tiết nhựa, chất dẻo hoặc ở các lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và độ an toàn cao. Ngoài ra, hệ thống điều khiển bằng khí nén còn được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất. Trong hệ thống truyền động - Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác như: khai thác đá, khai thác than; trong các công trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ, đường hầm. - Truyền động quay: Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao.
Nếu so sánh giá thành tiêu thụ năng lượng của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng công suất, thì giá thành tiêu thụ năng lượng của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất. Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, công suất khoảng 3,5 kW, máy mài, công suất khoảng 2,5 kW cũng như những máy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao khoảng 100.000 v/ph thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp. - Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ôtô.
- Trong các hệ thống đo lường và kiểm tra: 1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén 1. Ưu điểm - Dễ dàng thành lập các trạm trích chứa khí nén vì khả năng chịu nén (đàn hồi) của không khí là rất lớn. - Có khả năng truyền năng lượng xa, vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường ống nhỏ.
8 - Chi phí để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén là tương đối thấp, vì phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường ống dẫn khí nén đã có sẵn và đường dẫn khí nén thải ra là không cần thiết. - Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được bảo đảm. Nhược điểm - Lực truyền tải thấp. - Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi, vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặc quay đều.
- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn. Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách chính xác, rõ ràng ưu nhược điểm của từng hệ thống điều khiển.