Đề tài Xây dựng một số mô hình mẫu sử dụng PLC cho hệ thống điều khiển khí nén

lời giới thiệu Trong thời đại công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay, các hệ thống tự động hoá phát triển mạnh mẽ cả về bề rộng và chiều sâu. Các hệ thống tự động hoá ứng dụng trong thực tế sản xuất rất đa dạng và phong phú với nhiều mức độ khác nhau. Trong đó các hệ thống truyền động khí nén được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ và kỹ thuật vì nó các ưu điểm như đơn giản trong kết cấu, trong sử dụng và cả trong điều khiển, độ tin cậy làm việc cao có độ an toàn cao đối với các môi trường làm việc cháy nổ và có thề làm việc ở các môi trường khắc nhiệt (phóng xạ, hoá chất...) Tuy nhiên trong hệ thống điều khiển khí nén có các nhược điểm như độ tác động nhanh thấp, kích thước hệ thống lớn, gây tiếng ồn... Một giải pháp để hạn chế các nhược điểm đó mà hiện nay thường sử dụng là kết hợp các thiết bị khí nén với các thiết bị điện và sử dụng bộ điều khiển bằng chương trình ( PLC ) để điều khiển sự hoạt động của hệ thống. Với đề tài tốt nghiệp được giao là " Xõy dựng một số mụ hỡnh mẫu sử dụng PLC cho hệ thống điều khiển khớ nộn " Chương I tổng quan về kỹ thuật điều khiển khí nén Đ1. Khỏi niệm chung Hệ thống điều khiển cỏc hệ thống truyền động khớ nộn phải đảm bảo việc đúng mở cỏc van phõn phối tương ứng với cỏc điều kiện làm việccho. Cỏc phương phỏp cho điều kiện làm việc của mỏy tự động và phương phỏp hiện thực chỳng rất đa dạng.Khi thiết kế cỏc mỏy tự động với cỏc khõu cứng, điều kiện làm việc thường được cho dưới dạng cỏc chu trỡnh (biểu đồ) làm việc. Đú là một dạng đồ thị quy ước biểu diễn sự phụ. thuộc vào thời gian dịch chuyển của cỏc cơ cấu chấp hành. Cỏc hệ truyền động -tự động khớ nộn làm việc theo chu trỡnh được chia theo kiểu điều khiển thành ba nhúm 1 : Điều khiển theo vị trớ 2 : Điều khiển theo thời gian 3 : Điều khiển theo ỏp suất a0 a1 h X X Trong nhúm 1 cỏc vị trớ tận cựng của cỏc cơ cấu chấp hành được kiểm tra bằng cỏc cảm biến vị trớ a0 , a1 H ỡnh 1 Từ cỏc cảm biến vị trớ a0 và a1 cỏc tớn hiệu về vị trớ của cỏc cơ cấu chấp hành được bỏo tới hệ điều khiển.Trờn cơ sở đú , tạo lập cỏc lệnh điều khiển X và X.Trong cỏc hệ điều khiển khớ nộn cỏc cảm biến vị trớ thường là cỏc van hành trỡnh 3/2 thường ngắt (ở vị trớ đầu cửa ra của van nối với đường xả ) hoặc thường mở (ở vị trớ đầu cửa ra của van nối với ỏp suất nguồn).Hệ điều khiển cú thể cũn bao gồm cỏc cụng tắc khớ nộn, cụng tắc khởi động h , cỏc thiết bị giữ chậm, cỏc phần tử logic… Số cỏc cơ cấu chấp hành được điều khiển trong hệ thống cú thể là 1,2,3…hoặc hơn nữa. Để điều khiển cỏc hệ cú số cơ cấu chấp hành lớn cú thể sử dụng cỏc thiết bị điều khiển dạng bước hoặc số. w 1 h0 Hệ điều khiển theo thời gian cú thể thực hiện nhờ cỏc cơ cấu cam hình 2 Thời gian thực hiện một chu trỡnh và đường phõn cỏc chu kỳ riờng biệt của nú ở đõy được xỏc định bởi profin của cam (1) và vận tốc quay của nú (w).Thời gian của từng bước hoặc cả chu trỡnh làm việc cú thể điều khiển bằng cỏc rơle thời gian Hệ điều khiển theo ỏp suất cú thể coi như cỏc biến thể của hệ diều khiển theo vị trớ.Chỳng được sử dụng trong cỏc trường hợp khi cần pittụng chuyển dịch những khoảng khỏc nhau phụ thuộc vào kớch thước của chi tiết được gia cụng hoặc do khú khăn trong việc lắp đặt cỏc cụng tắc cuối hành trỡnh với cần pittụng vươn dài. Để điều khiển cỏc van phõn phối trong từng trường hợp này cần sử dụng cỏc van nối liờn tục (hỡnh 3) 1 3 2 5 4 Hỡnh 3 Nguyờn lý làm việc của nú như sau : Van 5 làm việc ở cuối hành trỡnh của pittụng do hiệu ỏp suất trong cỏc khoang xi lanh1 .Khi nú làm việc cú 1 xung ỏp suất tới van 2 , chuyển nú về vị trớ ban đầu và vị trớ đầu được kiểm tra bằng cụng tắc hành trỡnh 3. Để pittụng dịch chuyển về phớa trước ta khởi động 4. Nhược điểm của cỏch điều khiển theo thời gian và cỏch điều khiển theo ỏp suất là khi thay đổi tải đột ngột hoặc khi cỏc thụng số khớ thay đổi chuyển động của cơ cấu chấp hành cớ thể xảy ra trước.Bởi vậy cỏc hệ điều khiển theo vị trớ trong đú chuyển động của cơ cấu chấp hành chỉ cú thể bắt đầu theo một trỡnh tự vị trớ xỏc định của tất cả cỏc cơ cấu chấp hành cũn lại là phổ biến nhất trong cỏc hệ truyền động -tự động khớ nộn. Trong cỏc hệ khớ nộn phức tạp của cỏc mỏy cụng nghệ để đưa tớn hiệu tới đổi vị trớ cỏc van phõn phối , ngoài vị trớ của cơ cấu chấp hành , cần tớnh đến một loạt cỏc thụng tin về đối tượng được gia cụng , dụng cụ, cỏc vấn đề về an toàn lao động….Ngoài ra hệ điều khiển cần tớnh đến khả năng phải thay đổi trỡnh tự chuyển động của cỏc cơ cấu chấp hành , sự can thiệp của người điều khiển tại từng cụng đoạn bất kỳ của chu trỡnh làm việc và cỏc yếu tố khỏc. Đ2. Giới thiệu về cỏc hệ điều khiển logic Đa số cỏc hệ thống tự động sử dụng trong thực tế-trong đú kể cả hệ truyền động tự động khớ nộn , thuộc nhúm cỏc hệ thống điều khiển ngắt quóng.Hệ điều khiển của cỏc hệ thống này được xõy dựng dựa trờn cỏc cơ sở lý thuyết điều khiển logic(hay rơle) X1 X2 Xm Z1 Z2 Zn Hệ điều khiển lôgic X1 X2 Xm Z1 Z2 Zn Thiết bị điều khiển rơ le X1 X2 XM y1 y2 ys Z1 Z2 Zn u1 u2 uq Hệ điều khiển lôgic Mạch nhớ lôgic c a b Hình 4: Sơ đồ khối của hệ điều khiển lôgic a. Sơ đồ tổng quát b. Sơ đồ hệ điều khiển đơn bước c. Sơ đồ hệ điều khiển đa bước Trờn hỡnh 4a là sơ đồ khối tổng quỏt của hệ điều khiển logic.Cỏc tớn hiệu đầu vào : X1 , X2 , ….Xm và cỏc tớn hiệu đầu ra Z1 , Z2,…Zn đều là cỏc tớn hiệu nhị phõn ( cú hai giỏ trị 0 và 1 ) cỏc phộp tớnh thực hiện trờn cỏc tớn hiệu này đều dựa trờn cỏc quy tắc và tớnh chất của đại số logic.Giỏ trị đầu vào và giỏ trị đầu ra của thiết bị điều khiển logic là tổ hợp tương ứng của tất cả cỏc tớn hiệu vào {Xm} và tớn hiệu ra {Zn} tại cựng một thời điểm xột. Như vậy tại một thời điểm bất kỳ thiết bị điều khiển logic luụn luụn được đặc trưng bởi những giỏ trị xỏc định cỏc tớn hiệu vào và tớn hiệu ra.Nếu như ta khảo sỏt làm việc của hệ điều khiển tại một dóy cỏc thời điểm ta sẽ nhận thấy tương ứng với một dóy cỏc tớn hiệu đầu vào {Xm} sẽ cú một dóy cỏc tớn hiệu đầu ra {Zn} xỏc định.Mối quan hệ giữa {Zn} và {Xm} được thể hiện bằng lời văn hoặc bằng cỏc cụng thức quy ước được gọi là cỏc điều kiện làm việc của cỏc hệ điều khiển logic ( hay rơle). Hệ điều khiển logic được gọi là đơn bước ( khi quan hệ {Zn}-{Xm} là quan hệ đơn trị ) và đa bước (nếu quan hệ {Zn} và {Xm} là đa trị -tức ứng với một giỏ trị {Xm} cú thờ cú nhiều giỏ trị của {Zn} Sơ đồ khối của cỏc hệ điều khiển đơn bước và đa bước tương ứng được trỡnh bày trờn hỡnh 4b và 4c.Như trờn hỡnh vẽ ta thấy trong hệ điều khiờn đa bước ngoài khối logic cú như trong hệ đơn bước cũn cú khối điều khiển nhớ (Ys) tại cựng một thời điểm sẽ xỏc định trạng thỏi bờn trong của thiết bị điều khiển.Cũng tại thời điểm xột tổ hợp toàn bộ cỏc tớn hiệu đầu vào {Xm} và trạng thỏi trong của thiết bị điều khiển logic (Ys) sẽ là trạng thỏi đầy đủ của hệ thống điều khiển.Như vậy tại từng thời điểm ra luụn cú mối quan hệ đơn trị giữa cỏc tớn hiệu đầu ra {Zn} và trạng thỏi đầy đủ của hệ thống điều khiển : {Xm} ; {Zn} . Ở đõy ta thấy hệ đơn bước chỉ là một trường hợp riờng của hệ đa bước.Khi (Ys) khụng hiện diện trong hệ thống điều khiển. Đ3. Mụ tả hoạt động của hệ truyền động khớ nộn bằng biểu đồ trạng thỏi làm việc Hệ truyền dẫn của mỏy và dõy truyền tự động là một tập hợp của cỏc hệ dẫn động cơ sở mà từng hệ đú tương ứng với một bộ phận cụng tỏc xỏc định. Hệ dẫn động cơ sở đặc trưng bởi cỏc tớn hiệu đầu vào ( nhận từ hệ điều khiển tới ) và cỏc tớn hiệu đầu ra xỏc định vị trớ cỏc bộ phận cụng tỏc. Cỏc tớn hiệu ở đầu vào và đầu ra chỉ cú thể nhận một trong hai tớn hiệu quy ước là 0 và 1 (0 ở ỏp suất khớ quyển Pa );( 1 ở ỏp suất nguồn Pn) Một hệ cơ sở như vậy bao gồm : 1 cơ cấu chấp hành khớ nộn 1 van phõn phụi khớ nộn Cỏc phần tử điều khiển Cỏc mỏy và dõy chuyền tự động thường cho phộp thực hiện cỏc chế độ hoạt động như sau : Chế độ tự động Chế độ bỏn tự động Chế độ hiệu chỉnh Trong chế độ tự động sau khi khởi động chu trỡnh làm việc của mỏy (được định sẵn ) sẽ được thực hiện một cỏch tuần tự , nhắc lại liờn tục.Mỏy chỉ dừng lại khi cú tớn hiệu bỏo dừng. Để mụ tả hoạt động của từng hệ truyền động khớ nộn cơ sở và toàn bộ hệ dẫn động núi chung người ta sử dụng một dạng đồ thị quy ước được gọi là biểu đồ trạng thỏi làm việc. Biểu đồ trạng thỏi làm việc cho phộp mụ tả trỡnh tự thay đổi trạng thỏi và chuyển động của cỏc cơ cấu chấp hành … trong suốt cả thời gian chu trỡnh làm việc của nú. Để thuận tiện cho việc mụ tả này chu trỡnh làm việc của hệ dẫn động khớ nộn được chia thành nhiều khoảng được gọi là cỏc bước trong đú diễn ra sự thay đổi trạng thỏi hệ thống hoặc chuyển động của cỏc cơ cấu chấp hành khớ nộn.Chuyển động của cỏc cơ cấu chấp hành khớ nộn trờn biểu đồ được thể hiện bằng cỏc đường nghiờng, vớ trớ đứng yờu (khụng chuyển động) bằng cỏc đường bằng (nằm ngang) Trạng thỏi tớn hiệu điều khiển của cỏc phần tử điều khiển ( cảm biến vị trớ , phần tử phản hồi ) được thể hiện trong từng bước bằng hai mức : 1 : cú tớn hiệu 0 : khụng cú tớn hiệu tương ứng với cỏc đường bằng trờn và đường bằng dưới.Trờn biểu đồ cũn thể hiện trạng thỏi trong từng bước của từng tớn hiệu điều khiển cỏc van phõn phối , trị số hàm trạng thỏi và hàm cấu trỳc của hệ thống. Như vậy mỗi một bước trong biểu đồ trạng thỏi làm việc của hệ truyền động khớ nộn được đặc trưng bởi những giỏ trị xỏc định của cỏc tớn hiệu ở đầu vào của từng hệ truyền động cơ sở.Sự thay đổi ( giỏ trị ) của cỏc tớn hiệu này đồng nghĩa với sự chuyển trạng thỏi của hệ truyền động khớ nộn sang bước tiếp theo.Ranh giới giữa cỏc bước trờn biểu đồ trạng thỏi làm việc được đỏnh dấu bằng cỏc đường thẳng đứng – phõn cỏch cỏc bước với nhau được gọi là cỏc biờn của cỏc bước.Vậy biờn của cỏc bước chớnh là thời điểm mà tại đú diễn ra sự thay đổi trạng thỏi của hệ dẫn động khớ nộn, vớ dụ : bắt đầu chuyển động của cơ cấu chấp hành , chuyển vận tốc của chỳng sang vận tốc khỏc , bắt đầu quỏ trỡnh hóm … Nếu như ở đõy cú nhiều hệ truyền động cơ sở đồng thời cựng làm việc thỡ ta quy ước coi bắt đầu chuyển động của cỏc cơ cấu chấp hành của chỳng là đồng bộ thuận lợi hơn cho việc xột hoạt động của toàn bộ hệ thống. Một đặc điểm cơ bản của biểu đồ trạng thỏi làm việc của hệ thống truyền động khớ nộn là sự thực hiện tuần tự cỏc bước của một cơ cấu chấp hành khớ nộn bất kỳ trong hệ truyền động : chỳng chỉ cú thể bắt đầu khi cỏc chuyển dịch cú thể cú của toàn bộ hệ truyền động đó kết thỳc tại bước trước đú. Điều này trong cỏc hệ truyền động khớ nộn được kiểm soỏt bởi cỏc phần tử điều khiển kiểu cụng tắc hành trỡnh.Nếu như điều này khụng được kiểm soỏt trong hệ thống nhất thiết phải cú thờm cỏc điều kiện phụ đảm bảo chắc chắn rằng cỏc dịch chuyển đú đó kết thỳc ở thời điểm bắt đầu một bước tiếp theo của hệ truyền động khớ nộn. Đõy là điều kiện cần thiết để đảm bảo loại trừ cỏc sự cố kỹ thuật và tai nạn cú thể xảy ra. 1 2 3 4 a1 a0 b1 b0 A B a0 b1 b0 a1 st A1 B1 B0 A0 a1 a1 b0 b0 Hỡnh 5: biờ̉u đụ̀ trạng thái làm viợ̀c của hợ̀ truyờ̀n đụ̣ng tự đụ̣ng khí nén Trờn hỡnh 5 là vớ dụ về biểu đồ trạng thỏi làm việc của hệ truyền động khớ nộn của một mỏy tự động. Việc thực hiện hoỏ cỏc biểu đồ trạng thỏi làm việc như trờn gắn liền với việc kiểm tra tại từng thời điểm xỏc định ( cỏc bước ) cỏc điều kiện bổ xung ta ký hiệu là Pi (i= 1,2,3 ..) Nếu điều kiện được thực hiện => Pi =1 , cũn nếu điều kiện làm việc khụng được thực hiện => Pi = 0. Phõn biệt hai trường hợp : 1.Cỏc điều kiện logic được kiểm tra tại thời điểm đầu mỗi bước – ta gọi là cỏc điều kiện logic cho phộp làm việc.Nếu điều kiện này được thực hiện -bước tiếp theo sẽ diễn ra .Nếu điều kiện này khụng được thực hiện - hệ truyền động khớ nộn sẽ giữ nguyờn trạng thỏi mà nú cú trước đú 2. Cỏc điều kiện logic được kiểm tra tại cỏc thời điểm trong mỗi bước – ta gọi là cỏc điều kiện khẳng định làm việc , nếu điều kiện này được thực hiện -hệ truyền động giữ nguyờn trạng thỏi cú với cỏc chuyển động của cỏc cơ cấu chấp hành tương ứng với hưúng được quy định trong bước đang xột trờn biểu đồ trạng thỏi làm việc, nếu điều kiện logic khẳng định khụng được thực hiện - chuyển động tiếp tục của cơ cấu chấp hành bị cấm- nú hoặc là phải dừng lại tại chỗ hoặc là phải quay trở lại vị trớ cú tại thời điểm bắt đầu của bước được xột hoặc sẽ diễn ra sự thay đổi trạng thỏi của toàn bộ hệ truyền động khớ nộn và hệ truyền động khớ nộn cú thể bắt đầu làm việc theo biểu đồ trạng thỏi biến đổi mới khỏc với biểu đồ ban đầu. Đ4. Cấu trỳc của hệ điều khiển cỏc hệ truyền động-tự động khớ nộn làm việc theo chu trỡnh a b Hỡnh 6: Sơ đồ khối tổng quỏt của hệ truyền dần điều khiển khớ nộn của mỏy và dõy chuyền tự động làm việc theo chu trỡnh. Hỡnh 6a: Sơ đồ khối tổng quỏt. Hỡnh 6b: Sơ đồ khối hệ điều khiển rỳt gọn. Hệ thống bao gồm (hỡnh 6a) : cỏc hệ truyền động khớ nộn cơ sở phần chớnh của hệ điều khiển là khối điều khiển logic đa bước với cỏc đầu vào là : P1 , P2 , …Pk ; X1, X2…Xm và cỏc đầu ra : Z1, Z2,…Zn ; cỏc bộ thiết bị giữ chậm và phần tử như dạng Trigơ cú cỏc đầu vào riờng biệt : U10, U11…Us1 và cỏc đầu ra : Y1, Y2…Ys - tổ hợp giỏ trị của cỏc tớn hiệu trong ( chỳng sẽ xỏc định trạng thỏi trong của khối điều khiển logic ) ; X1, X2 …Xm được đưa tới khối điều khiển logic từ cỏc cảm biến vị trớ, cũn cỏc tớn hiệu P1, P2…Pk từ cỏc sở đồ kiểm tra đặc biệt - gọi là cỏc khối kiểm tra điều kiện logic.Tại đầu của một bước bất kỳ trong chu trỡnh làm việc, từng bộ phận cụng tỏc ( gắn với cỏc hệ truyền động cơ sở ) sẽ đố lờn cụng tắc hành trỡnh tương ứng.Núi cỏch khỏc vị trớ của chỳng được định bởi cỏc cụng tắc hành trỡnh đú. Cỏc tớn hiệu vào tương ứng (X1, X2…Xm ) sẽ cú những giỏ cụ thờ xỏc định.Tiếp theo trong quỏ trỡnh chuyển động của một bộ phận cụng tỏc nào đú tới vị trớ xỏc định mới sẽ cú ớt nhất một cụng tắc hành trỡnh được giải phúng ( khụng bị đố ) tức là cú giỏ trị khụng xỏc định.Cỏc tớn hiệu chớnh ở đầu vào của bộ phận điều kiện logic do vậy cũng cú giỏ trị khụng xỏc định tuy nhiờn ở trạng thỏi này - bộ phận cụng tỏc của hệ truyền động cơ sở vẫn phải tiếp tục giữ nguyờn chuyển động theo hưúng đó cú cho đến tận cuối bước.Vỡ vậy khối điều khiển logic vẫn phải đảm bảo cỏc tớn hiệu đầu ra với cỏc giỏ trị khụng đổi đó cú trước đú, tương ứng với đầu bước chuyển động tức là tưong ứng với cỏc giỏ trị xỏc định của cỏc tớn hiệu chớnh ở đầu bước đõy chớnh là một trong những yờu cầu xỏc định cấu trỳc của hệ điều khiển logic. Sơ đồ của hệ điều khiển logic cú tớnh chất đặc điểm vừa nờu của hệ truyền dẫn khớ nộn được trỡnh bày trờn hỡnh 6b.Trờn sơ đồ ta thấy trước cỏc kờnh đầu ra (: Z1, Z2,…Zn ) cú bố trớ cỏc mạch điều khiển ( kiểu trigơ ) làm việc bởi cỏc tớn hiệu từ khối điều khiển logic ( U11 , U10…Us1, Us0 ) Cỏch xõy dựng hệ điều khiển như vậy cho phộp giảm được số phần tử dựng trong khối điều khiển logic chớnh, đơn giản hoỏ được cỏc mụ tả điều kiện làm việc và tổng hợp hệ điều khiển chung. Đ5.Tổng hợp hệ điều khiển cỏc hệ truyền động- tự động khớ nộn theo biểu đồ trạng thỏi làm việc Theo điều kiện làm việc, cỏc hệ điều khiển thường được chia làm hai nhúm: -Đơn bước -Đa bước Cỏc hệ đơn ước là cỏc hệ mà trong đú tại bất cứ thời điểm nào tổ hợp giỏ trị cỏc tớn hiệu đầu ra cũng được xỏc định đơn trị bằng tổ hợp cỏc giỏ trị tớn hiệu ở đầu vào và hoàn toàn khụng phụ thuộc vào tổ hợp giỏ trị cỏc tớn hiệu đầu vào ở bước trước đú.Tức là tớn hiệu ra của cỏc hệ đơn bước hoàn toàn được xỏc định bởi trạng thỏi của cỏc tớn hiệu vào ở thời điểm xột. Đối với cỏc hệ đa bước tổ hợp cỏc tớn hiệu ra được xỏc định khụng chỉ bằng trạng thỏi đầu vào tại thời điểm xột mà cũn phụ thuộc vào cả tổ hợp giỏ trị cỏc tớn hiệu vào ở cỏc bước trước đú. Để tổng hợp hệ điều khiển đơn bước ta chỉ cần sử dụng cỏc phần tử tự động logic cơ bản, cũn đối với cỏc hệ đa bước ngoài ra chỳng ta cũn phải sử dụng cả cỏc loại phần tử nhớ phản hồi khỏc nhau nữa. Trong cỏc hệ điều khiển theo vị trớ được kiểm soỏt bằng cụng tắc hành trỡnh, lệnh để thực hiện từng bước chuyển động chỉ được phỏt đi sau khi đó nhận được tớn hiệu của cỏc cảm biến vị trớ bỏo đó kết thỳc bước chuyển động trước đú. Hoạt động của cỏc loại hệ vừa nờu cú thể tả bằng biểu đồ trạng thỏi làm việc và trờn cơ sở đú cú thể tiến hành tổng hợp sơ đồ nguyờn lý điều khiển khớ nộn cho toàn bộ hệ thống truyền động. Việc tổng hợp cỏc hệ điều khiển phụ thuộc vào loại phần tử tự động khớ nộn được chọn vào kiểu van phõn phối khớ nộn được dựng để điều khiển cỏc hệ truyền động . Trong trường hợp sử dụng cỏc van phõn phối điều khiển bằng khớ nộn một phớa cần phải tớnh đến rằng khi khụng cú tớn hiệu điều khiển van phõn phối ở vị trớ làm việc ban đầu của mỡnh.Bởi thế cựng một bài toỏn tổng hợp hệ điều khiển cho một hệ truyền động với những yờu cầu và điều kiện làm việc cho trước ta thu được một sơ đồ điều khiển logic nhưng lại cú thể cú nhiều sơ đồ nguyờn lý khớ nộn khỏc nhau cựng đỏp ứng được cỏc yờu cầu và điều kiện làm việc đó cho của hệ truyờn động - tự động khớ nộn. CHƯƠNG ii NGUYÊN Lý HOạT Động của các thiết bị khí nén cơ bản và sự hiện thực hoá hệ thống điều khiển khí nén Đ1. Cỏc phần từ chấp hành 1. Xi lanh một chiều: a Ký hiệu b Mặt cắt nguyờn lý c Nguyờn lý hoạt động Với cỏc xi lanh khớ nộn một chiều thỡ khớ nộn chỉ tỏc động lờn bề mặt pittụng theo một phớa nhất định.Phớa cũn lại được thụng với khụng khớ bờn ngoài ( qua lỗ thụng khớ ) Xi lanh chỉ cú tỏc động điều khiển một chiều nhất định.Chiều chuyển động ngược lại của pittụng được thực hiện do lực đàn hồi của lũ xo bờn trong xi lanh hoặc do một lực bờn ngoài tỏc động. Lực đàn hồi của lũ xo tỏc động làm pittụng trở lại vị trớ ban đầu với một tốc độ tương đối cao mà khụng cần một điều kiện nào. Bỡnh thường khi khụng cú khớ nộn tỏc động ( cổng nối với nguồn khớ nộn bị khoỏ) thỡ lực đàn hồi của lũ xo sẽ đảy pittụng về một đầu của hành trỡnh và pittụng sẽ giữ nguyờn ở đầu hành trỡnh đú. Khi cú khớ nộn tỏc động ( cổng nối với nguồn khớ nộn thụng ) thỡ do ỏp lực của nguồn khớ nộn tỏc động lờn bề mặt pittụng sẽ thắng lực đàn hồi của lũ xo làm cho pittụng bị đẩy ngược lại với hành trỡnh ban đầu. Đến cuối hành trỡnh pittụng bị giữ ở vị trớ đú cho đến khi ta cắt nguồn khớ ( lỳc đú chỉ cũn lại lực đàn hồi của lũ xo đang bị nộn) lũ xo sẽ đẩy pittụng trở lại vị trớ ban đầu . Hành trỡnh sẽ lặp đi lặp lại nếu ta liờn tục đúng ngắt nguồn khớ. Tuy nhiờn hành trình của xi lanh 1 chiờ̀u bị giới hạn bởi chiờ̀u dài tự nhiờn của lò xo. Vì thờ́ các xi lanh khí nén 1 chiờ̀u chỉ có tác dụng trong chiờ̀u dài hành trình của nó tụ́i đa là 80mm. 2. Xi lanh hai chiều a Ký hiệu b Mặt cắt nguyờn lý c Nguyờn lý làm việc Đối với xi lanh hai chiều thỡ cấu trỳc cũng tương tự như xi lanh một chiều nhưng nú khụng cú lũ xo mà nú lại cú hai cổng khớ . Hai cổng khớ này thực hiện chức năng như một cổng khớ nguồn và một cổng khớ xả . Hai cổng khớ này cú thể điều khiển thay đổi chức năng cho nhau một cỏch dễ dàng , linh hoạt tức là ta cú thể điều khiển cả hai chiều chuyển động của pittụng một cỏch dễ dàng . Đú chớnh là ưu điểm của nú so với xi lanh một chiều . Khi cổng khớ phải được nối với nguồn khớ , cũn cổng khớ trỏi thụng với van xả thỡ pittụng sẽ chuyển dịch sang phớa trỏi. Muốn pittụng chuyển dịch theo hướng ngược lại ( tức là từ trỏi sang phải ) ta chỉ việc đảo chức năng hai cổng khớ cho nhau tức là ta điều khiển cho cổng khớ trỏi được thụng với nguồn khớ nộn cũn cổng khớ phải thụng với van xả. Trong trường hợp cả hai cổng khớ đều được thụng với nguồn khớ nộn hoặc cả hai cổng khớ đều thụng với van xả thỡ pittụng đều khụng chuyển động được vỡ lực tỏc dụng lờn nú cõn bằng nhau. Đ2. Cỏc phần tử điều khiển 1. Van điều khiển trực tiếp bằng khớ 14 4 2 1 3 12 a. Kiểu 4/2 - Ký hiệu - Mặt cắt nguyờn lý - Nguyờn lý hoạt động Van 4/2 gồm cú hai cổng khớ ra 4 và 2 . Trong đú luụn cú một cổng khớ thụng với nguồn và một cổng khớ thụng với cổng xả. Cỏc cổng khớ 12 và 14 thực hiện chức năng điều khiển trạng thỏi của cỏc cổng khớ ra 4 và 2 . Trạng thỏi của cỏc cổng khớ ra 4 và 2 quyết định bởi vị trớ dừng của pittụng trong van.Nếu pittụng dừng ở bờn trỏi thỡ cổng 4 thụng với cổng xả 3 , cổng khớ 2 thụng với nguồn khớ 1. Nếu pittụng dừng ở bờn phải thỡ cổng khớ 4 thụng với cổng khớ nguồn 1 và cổng khớ 2 thụng với cổng khớ xả 3. Trờn hỡnh mặt cắt nguyờn lý là trường hợp pittụng dừng bờn trỏi.Dễ thấy cổng khớ 2 thụng với cổng khớ nguồn 1 cổng khớ 4 thụng với cổng khớ xả 3. Muốn đảo ngược trạng thỏi của cỏc cổng khớ ra 4 và 2 cho nhau ta tỏc động vào cỏc cổng khớ điều khiển như sau: ta cắt nguồn khớ ở cổng 12 và đúng nguồn khớ cho cổng 14 . Khi đú ỏp lực của khớ nộn tỏc động lờn bề mặt của pittụng ( thắng lực ma sỏt ) sẽ đẩy pittụng chạy sang bờn phải . Khi pittụng dừng ở bờn phải thỡ cổng khớ 4 lỳc này sẽ thụng với cổng khớ nguồn 1 và cổng 2 sẽ thụng với cổng xả 3. Sau đú nếu ta cắt nguồn khớ ở cổng 14 và đúng nguồn khớ ở cổng 12 thỡ pittụng sẽ quay về vị trớ ban đầu ( bờn trỏi ) và trạng thỏi của cỏc cổng khớ ra 4 và 2 sẽ phục hồi ( cổng 4 thụng với cổng 3 , cổng 2 thụng với cổng 1 ) Chỳ ý : nếu ta cắt hoặc đúng nguồn cho cỏc cổng khớ 14 và 12 cựng một lỳc thỡ trạng thỏi cỏc cổng khớ 4,2 khụng đổi b. Van kiểu 5/2 - Ký hiệu - Mặt cắt nguyờn lý - Nguyờn lý hoạt động Van 5/2 cú hai cổng khớ ra 4 và 2 trong đú luụn cú một cổng khớ thụng với nguồn và một cổng thụng với van xả đồng thời hai cổng khớ này cú thể đảo ngược trạng thỏi cho nhau. Cổng khớ 1 đúng vai trũ cổng khớ nguồn cũn cổng 3 và 5 là cỏc cổng khớ xả . Trạng thỏi của cỏc cổng khớ ra 4 và 2 được điều khiển bằng cỏc cổng khớ 12 và 14 . Vị trớ của pittụng bờn trong van sẽ quyết định trạng thỏi của cỏc cổng khớ ra 4 và 2.Nếu pittụng dừng bờn trỏi như mặt cắt nguyờn lý ta thấy cổng khớ 4 thụng với cổng xả 5, cổng 2 thụng với cổng khớ nguồn 1.Nếu pittụng dừng bờn phải thỡ khi đú cổng khớ 4 thụng với nguồn 1 và cổng khớ 2 thụng với cổng xả 3. Muốn van chuyển từ trạng thỏi pittụng ở bờn trỏi sang trạng thỏi pittụng ở bờn phải thỡ ta tỏc động vào cỏc cổng khớ điều khiển bằng cỏch cắt nguồn khớ ở cổng 12 và cấp nguồn khớ cho cổng 14. Ngược lại muốn van chuyển từ trạng thỏi ở pittụng ở bờn phải sang trạng thỏi mặt cắt 1 thỡ ta cắt nguồn ở cổng 14 và cấp nguồn khớ cho cổng 12. Như vậy bằng tỏc động vào cỏc cổng khớ điều khiển ta dễ dàng thay đổi trạng thỏi cỏc cổng khớ ra theo như mong muốn và van 5/2 thường được dựng để điều khiển hoạt động của cỏc xi lanh khớ nộn. 2. Van điều khiển trực tiếp bằng điện khớ nộn a .Van 5/2 cú một cuộn dõy điều khiển (van tự phục hồi) - Ký hiệu và mặt cắt nguyờn lý - Nguyờn lý hoạt động Van cú cỏc cổng khớ ra 4 và 2 , cổng khớ nguồn 1 và cỏc cổng khớ xả 5,3. Trong cỏc cổng khớ ra 4 ,2 thỡ luụn cú một cổng khớ nối với nguồn và một cổng khớ thụng với nguồn xả.Cuộn dõy bờn trỏi van cú tỏc dụng để điều khiển sự đảo ngược trạng thỏi của cỏc cổng khớ ra 4 và 2 . Ta cú thể mụ tả hoạt động của van như sau: - Ở vị trớ ban đầu pittụng của van dừng bờn trỏi ( như trờn mặt cắt 1 ) ta thấy cổng khớ 4 thụng với cổng xả 5 , cổng 2 thụng với nguồn 1. - Nếu cuộn dõy được cấp điện thỡ pittụng sẽ chuyển dịch sang phải và dừng ở bờn phải , ở vị trớ này cổng khớ 2 sẽ thụng với cổng khớ xả 3 cũn cổng khớ 4 thụng với cổng khớ nguồn 1 ( mặt cắt 2 ) . - Nếu cuộn dõy bị cắt điện thỡ lực đàn hồi của lũ xo sẽ đẩy pittụng quay trở lại vị trớ ban đầu ( như mặt cắt 1 ) - Cổng 84 là cổng thụng khớ trong quỏ trỡnh pittụng chuyển động thay đổi trạng thỏi. b. Van 5/2 có hai cuộn dây điều khiển. - Ký hiệu và mặt cắt nguyờn lý - Nguyờn lý hoạt động Nhỡn cỏc mặt cắt ta dễ thấy cú hai cuộn dõy ở bờn trỏi và bờn phải của van. Cỏc cuộn dõy này cú chức năng điều khiển trạng thỏi ra của cỏc cổng khớ 4 và 2. Hoạt động của van cú thể túm tắt như sau : - Nếu pittụng của van dừng ở phớa bờn trỏi như trờn mặt cắt 1 thỡ cổng khớ 4 thụng với cổng xả 5 cũn cổng khớ 2 thụng với cổng khớ nguồn. - Nếu cuộn dõy phớa bờn trỏi được cấp điện thỡ pittụng sẽ chuyển dịch sang bờn phải như trờn mặt cắt 2.Lỳc đú cổng khớ 2 sẽ thụng với cổng xả 3 cũn cổng khớ 4 thụng với nguồn khớ 1. - Muốn van đang ở trạng thỏi như mặt cắt 2 trở về trạng thỏi ban đầu ( mặt cắt 1 ) thỡ ta phải cắt điện ở cuộn dõy bờn trỏi đồng thời cấp điện cho cuộn dõy bờn phải. - Nếu hai cuộn dõy đều khụng được cấp điện thỡ lực ma sỏt sẽ giữ pittụng đứng yờn và trạng thỏi của van khụng thay đổi .Cũn nếu hai cuộn dõy được cấp điện đồng thời thỡ van cũng khụng thay đổi trạng thỏi vỡ cỏc lực tỏc dụng lờn pittụng cõn bằng nhau. 3. Van điều khiển lưu lượng a. Ký hiệu và mặt cắt nguyờn lý b. Nguyờn lý hoạt động Van tiết lưu mà ta xột là một loại van điều khiển lưu lượng khớ nộn khỏ thụng dụng vỡ nú cú thể điều chỉnh lưu lượng khớ nộn phúng qua nú theo cả hai chiều . Cấu trỳc của van cũng đơn giản như ta thấy trờn mặt cắt.Muốn điều chỉnh lưu lượng khớ phúng qua ta phải tỏc động vào bộ phận điều chỉnh lưu lượng của van . Van tiết lưu cũng cú thể đặt ở trạng thỏi khoỏ ( khụng cho khớ phúng qua ) tức là ta cú thể điều khiển lưu lượng khớ phúng qua van từ giỏ trị max giảm dần đến trạng thỏi khoỏ hoặc ngược lại. Van tiết lưu thường được dựng để điều khiển tốc