ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ
Đồ án môn học: Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung
Tên đề tài: “ Nghiên cứu khái quát về máy cắt Gas - Ôxy. Thiết kế điều khiển.”
Chương 1. Khái quát về công nghệ máy cắt gas - ôxy
1.1. Giới thiệu về máy cắt gas - oxi
1.2. Phân loại và yêu cầu công nghệ
Chương 2. Thiết kế hệ thống điều khiển cho thiết bị cắt gas - ôxy
2.1. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển máy cắt gas - ôxy
2.2. Thuật toán điều khiển hệ thống cắt kim loại bằng khí ôxy

Chương 3. Mô phỏng chương trình điều khiển trên PLC S7 200
3.1. Đầu vào, ra của hệ thống
3.2. Kết quả mô phỏng và nhận xét
Hải Phòng, ngày tháng năm 2014
Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ MÁY CẮT GAS – ÔXY
1.1. Giới thiệu về các loại máy cắt kim loại
Mỗi công nghệ ra đời đều nhằm đáp ứng một số các nhu cầu nhất định.
Theo thời gian các công nghệ cắt ngày càng hoàn thiện hơn. Tuy nhiên, mỗi
công nghệ đều có những ưu và nhược điểm riêng. Vì vậy, tùy theo từng nhu cầu
cụ thể mà chọn các công nghệ cắt khác nhau. Sau đây tìm hiểu về lịch sử và ưu
nhược điểm của 03 công nghệ cắt là cắt Gas Oxy, cắt Plasma và cắt Laser.
Cắt kim loại dùng máy cắt Gas Oxy là một quá trình đốt cháy kim loại
bằng dòng khí oxy ở nhiệt độ cao, tạo thành các oxide sắt (FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O

4
).
Nhiệt độ cần thiết được duy trì bằng ngọn lửa thu được từ quá trình đốt cháy của
Gas và oxy. Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trình bày hình 1.1.
Hình 1.1. Sơ đồ cắt bằng khí.
1. Dòng oxy cắt, 2. Dòng hỗn hợp khí cháy, 3. Ngọn lửa nung nóng, 4.
Rãnh cắt, 5. Phôi cắt.
Hình 1.2. Hình ảnh thực tế của máy cắt gas – oxi.
Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy
nhờ nhiệt của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hóa
mãnh liệt (bị đốt cháy) tạo thành oxit. Sản phẩm cháy bị nung chảy và bị dòng
oxi thỏi khỏi mép cắt. Tiếp theo, do phản ứng cháy của kim loại tỏa nhiệt mạnh,
lớp kim loại tiếp theo bị nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt.
Công nghệ cắt Plasma được phát minh cách đây khoảng hơn 50 năm,
trong thời kỳ đỉnh cao của thế chiến thứ 2. Trong một nổ lực để cải thiện các
mối nối của máy bay chiến đấu, một phương pháp hàn đã được phát triển mà
dùng một hàng rào khí trơ để bảo vệ chung quanh tia hồ quang điện để bảo vệ
mối hàn khỏi quá trình oxy hóa.
Hình 1.3. Hình ảnh máy cắt plasma thực tế.
Một vài thập kỷ sau, người ta phát hiện rằng việc giới hạn độ mở của
đường khí trơ đi qua tia hồ quang điện tạo ra một loại vật chất thứ tư (khác với 3
loại vật chất cơ bản là rắn, lỏng và khí) gọi là plasma, và nó tạo ra một nhiệt
lượng vô cùng lớn khoảng 10.000 - 15.000 °C. Cùng lúc đó độ mở nhỏ hơn làm
tăng tốc độ của dòng khí thoát ra, nó có khả năng thổi bay tất cả các loại kim
loại mà nó đi qua. Từ đó, công nghệ này được dùng để cắt kim loại, nhưng với
quy mô rất lớn vì khi đó chi phí cắt cũng rất cao. Càng ngày với sự tiến bộ của
khoa học kỹ thuật, các thiết bị cắt plasma ngày càng có chi phí thấp hơn và được
thương mại hóa cách đây khoảng hơn 10 năm. Tuy nhiên, do tia plasma phát ra
có hình dạng như giọt nước nên đường cắt hơi bị nghiêng khoảng từ 3 - 10 ° tùy
theo chất lượng của nguồn cắt plasma.

Cắt Laser: Năm 1917 nhà vật lý Albert Einstein đã đưa ra giả thuyết về tia
laser khi ông mô tả lý thuyết phát xạ kích thích. Đến năm 1940 một số kỹ sư đã
áp dụng lý thuyết này trong nghành khai thác năng lượng. Mãi đến năm 1960 tia
laser làm việc đầu tiên được mô tả là "một giải pháp cho một vấn đề." Đó là
trong thời gian ngắn, và với một số tư duy sáng tạo, phẩm chất của laser đặc biệt
đã được tìm thấy có nhiều ứng dụng. Dùng sức mạnh của tia laser để tạo ra
chùm tia rất hẹp, mãnh liệt của ánh sáng gần vùng hồng ngoại theo một định
hướng duy nhất đã tạo ra một năng lượng rất lớn có thể được dùng để cắt
kimloại có độ dày < 12mm và các vật liệu khác như nhựa, gỗ, kính
Hình 1.4. Hình ảnh thực tế của máy cắt laser.
Dưới đây là bảng so sánh 03 công nghệ cắt trên:
Bảng 1: So sánh 3 công nghệ cắt kim loại bằng gas – oxi, plasma, laser
1.2. Đặc điểm và yêu cầu công nghệ cắt gas – oxi
1.2.1. Cấu tạo của máy cắt gas - oxi
Đây là phương pháp cắt gọt được sử dụng khá phổ biến trong các nhà
máy luyện thép và trong các phân xưởng cơ khí với mục đích là cắt nhỏ thép phế
để cho vào lò đối với nhà máy luyện thép và cắt nhỏ phôi theo kích thước sử
dụng đối với phân xưởng cơ khí.
Hàn và cắt kim loại bằng khí là phương pháp sử dụng nhiệt của ngọn lửa
sinh ra khi đốt cháy các chất khí cháy ( C
2
H
2
, CH
4
, C
6
H
6
v.v…) hoặc H

2
với oxy
để nung chảy kim loại. Thông dụng nhất là hàn và cắt bằng khí Oxy – axetylen
vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của 2 khí này lớn và tập trung, tạo thành ngọn
lửa có nhiệt độ cao ( vùng cao nhất đạt tới 3200
0
C ); còn ngọn lửa giữa O
2
và
các chất khí cháy khác chỉ cho nhiệt độ từ 2000 ÷ 2200
0
C.
Hình 1.5 . Sơ đồ một trạm hàn và cắt bằng khí.
1. Bình chứa oxy; 2. Bình chứa axetylen; 3. Van giảm áp; 4. Đồng hồ đo áp
5. Khóa bảo hiểm; 6. Dây dẫn khí; 7. Mỏ hàn hoặc mỏ cắt; 8. Ngọn lửa hàn
Các thiết bị chính của trạm hàn hoặc cắt bằng khí gồm các bộ phận chính
sau: Bình chứa oxy, bình chứa hoặc thùng điều chế axetylen, khóa bảo hiểm,
van giảm áp, dây dẫn khí, mỏ hàn
Bình chứa khí dùng để chứa khí oxy và khí axetylen, được chế tạo từ thép
tấm dày 4 ÷ 8 mm bằng phương pháp dập hoặc hàn. Bình có đường kính ngoài
219 mm, cao 1.390mm, dung tích 40 lít, trọng lượng 67 kg. Bình chứa oxy chứa
được một lượng khí có áp suất khoảng 150 atm tương ứng với 6 m
3
khí ( ở 20
0
C
và 1 atm) bên ngoài được sơn màu xanh hoặc xanh da trời. Bình chứa axetylen
chứa được áp suất khí nạp tới dưới 19atm, được sơn màu vàng. Trong bình chứa
bọt xốp ( thường là than hoạt tính) và tẩm axetôn ( khoảng 290 ÷ 320 gram than
hoạt tính tẩm 225 ÷ 230 gram axeton/một lít thể tích bình chứa).

Bình điều chế khí dùng để điều chế axetylen từ đất đèn. Trong thực tế,
người ta dùng nhiều loại bình điều chế khí khác nhau, được phân loại theo các
đặc trưng cơ bản:
- Theo năng suất: có các loại nhỏ (dưới 3,2 m
3
/h) và loại lớn ( trên 5 m
3
/h).
- Theo áp lực khí: thấp (0,01 ÷ 0,1 atm), trung bình ( 0,1 ÷ 1,5 atm) cao (1,5 ÷
1,75 atm).
- Theo nguyên tắc tác dụng giữa đất đèn và nước : đá rơi vào nước (a), nước rơi
vào đá (b) và đá tiếp xúc với nước (c) như hình dưới đây – giới thiệu sơ đồ
nguyên lý của một số bình điều chế khí điển hình 1.6.
Hình 1.6 . Sơ đồ nguyên lý bình điều chế khí axetylen.
1. Nước; 2. Đất đèn (đá); 3. Nón cấp đất đèn; 4. Phễu cấp nước; 5. Van điều
chỉnh lượng nước; 6. Ống dẫn khí ra; 7. Ghi đỡ đất đèn.
Khóa bảo hiểm để tránh hiện tượng ngọn lửa cháy ngược theo ống dẫn khí
trở về bình điều chế khí gây nổ bình. Trong quá trình cắt ( hàn), do một nguyên
nhân nào đó lưu lượng khí phun ra ở mỏ hàn hoặc mỏ cắt giảm mạnh hoặc tốc
độ cháy của hỗn hợp tăng, dẫn đến tốc độ cháy của hỗn hợp lan truyền nhanh
hơn tốc độ đi ra của khí sẽ gây ra hiện tượng ngọn lửa quặt.
Sự giảm lưu lượng khí xảy ra khi tiết diện lỗ dẫn khí ở mỏ hàn hoặc mỏ
cắt giảm, ống dẫn bị tắc… Sự tăng tốc độ cháy xảy ra khi nhiệt độ khí và nhiệt
độ môi trường tăng, lượng oxy tăng…
Khóa bảo hiểm được phân loại theo các đặc trưng sau:
-Theo kết cấu: loại hở (a), loại kín (b).
-Theo lượng tiêu thụ khí: loại nhỏ, loại lớn.
Hình 1.7 . Sơ đồ nguyên lý khóa bảo hiểm.
1.Ống dẫn khí vào; 2. Ống dẫn khí ra; 3. Van điều chỉnh mức nước;
4. Ống thoát khí; 5. Van; 6. Van an toàn.

Van giảm áp là dụng cụ dùng để giảm áp suất khi trong bình chứa xuống
áp xuất làm việc cần thiệt và tự động duy trì áp suất đó ở mức ổn định. Đối với
khí oxy áp suất khí trong bình đạt tới 150 atm, áp suất khí làm việc vào khoảng
3 ÷ 4 atm, còn khí axetylen áp suất trong bình tới 15 ÷ 16 atm, áp suất làm việc
0,1 ÷ 1,5 atm.
Hình 1.8 . Sơ đồ nguyên lý van giảm áp.
a.Van kiểu thuận; b. Van kiểu nghịch
1.Đường dẫn khí cao áp; 2. Lò xo phụ; 3. Van ; 4. Van an toàn; 5. Đường dẫn
khí ra ; 6. Buồng thấp áp; 7. Lò xo chính; 8. Vít điều chỉnh;
9. Màng đàn hồi; 10. Thanh truyền.
Nguyên lý làm việc: khí được dẫn vào van theo ống (1) và qua ống (5) đi
tới mỏ hàn hoặc mỏ cắt. Áp lực khí trong buồng hạ áp( 6) phụ thuộc vào độ mở
của van (3). Khi lò xo chính (7) chưa bị nén, van (3) chịu tác dụng cảu lò xo phụ
(2) và áp lực của khí, đóng kín cửa van không cho khí vào buồng hạ áp (6). Khi
vặn vít điều chỉnh (8), làm cho lò xo chính (7) bị nén, van (3) được nâng lên,
cửa van mở và khí đi sang buồng hạ áp. Tùy thuộc vào độ nén của lò xo chính
(7), độ nén của lò xo phụ (2), độ chênh áp trước và sau van, cửa van (3) được
mở nhiều hay ít, ta nhận được áp suất cần thiết trong buồng hạ áp. Nhờ có màng
đàn hồi (9), van có thể tự động điều chỉnh áp suất ra của khí. Nếu do một
nguyên nhân nào đó, áp suất khí ra (p2) tăng, áp lực tác dụng lên mặt trên của
màng đàn hồi (9) tăng, đẩy màng đàn hồi dịch xuống và thông qua con đội van
(3) bị kéo xuống, làm cửa van đóng bớt lại, lượng khí đi vào buồng hạ áp giảm,
làm áp suất khí ra giảm. Ngược lại, nếu p2 giảm, cửa van (3) mở lớn hơn, lượng
khí vào buồng hạ áp tăng, làm p2 tăng trở lại.
Dây dẫn khí dùng để dẫn khí từ bình chứa khí, bình chế khí đến mỏ hàn
hoặc mỏ cắt. Yêu cầu chung đối với ống dẫn khí: chịu được áp suất tới 10 atm
đối với dây dẫn oxy, 3 atm với dây dẫn axetylen, đủ độ mềm cần thiết nhưng
không bị gấp khúc. Dây dẫn được chế tạo bằng vải lót cao su, có ba loại kích
thước sau:
- Đường kính trong 5,5mm, đường kính ngoài không quy định.

- Đường kính trong 9,5 mm, đường kính ngoài 17,5 mm.
- Đường kính trong 13 mm, đường kính ngoài 22 mm.
Mỏ cắt (hàn) là dụng cụ để pha trộn khí cháy và oxy, tạo thành hỗn hợp
cháy có tỉ lệ thành phần thích hợp để nhận được ngọn lửa hàn hoặc cắt theo yêu
cầu. Sơ đồ cấu tạo chung của nó được thể hiện trên hình dưới đây.
Khí axetylen được dẫn vào ống (1) đi qua van (3), còn oxy được dẫn vào
ống (2) sau đó phân làm hai nhánh, một dòng đi qua van (4) và tới miệng phun
hút khí axetylen và hòa trộn tạo ra hỗn hợp cháy để nhận được ngọn lửa nung
nóng, một dòng đi qua van (5) tới đầu mỏ phun để tạo ra dòng oxy cắt.
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý cấu tảo của mỏ cắt khí.
1.Dây dẫn khí C
2
H
2
; 2. Dây dẫn khí oxy; 3. Van điều chỉnh C
2
H
2
;
4. Van điều chỉnh dòng oxy nung; 5. Van điều chỉnh oxy cắt;
6. Ống dẫn hỗn hợp khí cháy; 7. Ống dẫn oxi cắt.
1.2.2. Điều kiện cắt bằng khí
Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thỏa mãn một số yêu cầu sau:
- Nhiệt độ cháy của kim loại phỉa thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó.
Đối với thép cacbon thấp C < 0,7 % nhiệt độ cháy vào khoảng 1350
0
C còn nhiệt
độ chảy gần 1500
0
C nên thỏa mãn điều kiện này. Đối với các loại thép cacbon

cao thì nhiệt độ cháy gần bằng nhiệt độ chảy nên trước khí cắt phải đốt nóng sơ
bộ đến 300 ÷ 650
0
C.
- Nhiệt độ nóng chảy của oxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của
kim loại đó. Thép hợp kim crom hoặc crom – niken, do khi cháy Cr tác dụng với
O
2
để tạo thành oxit crom Cr
2
O
3
có nhiệt độ nóng chảy tới 205
0
C vì vậy phải
dùng thuốc cắt mới có thể cắt được. Nhôm và hợp kim của nhôm, do nhiệt độ
nóng chảy thấp, khi cháy tạo thành oxit nhôm Al
2
O
3
có nhiệt độ nóng chảy tới
2000
0
C, mặt khác lại dẫn nhiệt nhanh nên cũng không thể cắt bằng khí, trừ khi
dùng thuốc, cắt.
- Nhiệt tỏa ra khi kim loại chảy phải đủ lớn để đảm bảo sự cắt được liên tục, quá
trình cắt không bị gián đoạn. Khi cắt các tấm mỏng bằng thép cacbon thấp nhiệt
lượng sinh ra khi cháy đạt tới 70% chỉ cần nhiệt lượng của ngọn lửa 30% nữa là
đủ cắt liên tục.
- Oxit kim loại nóng chảy phải có độ chảy loãng tốt, để dễ tác ta khỏi mép cắt.

Gang không thể cắt bắng khí vì nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt cháy và khi
cháy tạo ra oxit silic SiO
2
có độ sệt cao.
- Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự tản nhiệt nhanh làm cho
mép cắt bị nung nóng kém làm gián đoạn quá trình cắt.
Đặc điểm cắt bằng khí cháy:
+Ưu điểm:
- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành.
- Có thể cắt được kim loại có chiều dày lớn.
- Năng suất khá cao.
+Nhược điểm:
- Chỉ có thể cắt được kim loại thỏa mãn điều kiện cắt
- Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nên sau khi cắt chi tiết dễ bị cong vênh,biến
dạng,đặc biệt khi cắt các tấm dài
Phạm vi ứng dụng:
- Được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu ,chế tạo toa xe ,xây
dựng
- Cắt thép tấm ,phôi tròn và các dạng phôi khác
- Ngày nay được tự động hóa ,từ máy cắt tự động kiểu con rùa đến máy cắt điều
khiển số hay máy cắt gián CNC với nhiều mỏ cắt cùng một lúc,mang lại năng
suất và hiệu quả cao.
1.2.3. Kỹ thuật cắt khí
a. Bắt dầu cắt
Khi cắt phôi tấm theo đường cắt hở, bắt đầu cắt từ mép phôi. Với phôi
tấm dày dưới 50 mm, mỏ cắt đặt thẳng góc với mặt phẳng cắt (a) . Nếu chiều
dày phôi lớn hơn 50 mm, khi bắt đầu cắt nên nghiêng mỏ cắt một góc 5 ÷ 10
0
theo hướng cắt để nung nóng tốt mép cắt, sau đó đặt thẳng góc (b).
Khi cắt phôi tấm theo đường cắt kín, quá trình cắt bắt đầu ở giữa tấm, bởi

vậy phải tạo lỗ trước bằng phương pháp khoan hoặc dùng mỏ cắt để tạo lỗ cắt
ban đầu. Khi dùng mỏ cắt để tạo lỗ, để tránh hiện tượng nổ, đối với tấm mỏng
dưới 20mm, đặt mỏ cắt tại vị trí cắt lỗ, mở khí nung nóng trước sau đó mới mở
oxy cắt, với các tấm dày bắt đầu nung nóng ở vị trí (I) và di chuyển chậm mỏ cắt
đến vị trí (II) mới bắt đầu mở oxy cắt (c).
Hình 1.10. Kỹ thuật cắt khí.
b. Tốc độ cắt
Tốc độ cắt là tốc độ dịch chuyển của mỏ cắt dọc theo đường cắt, cũng là
một thống số ảnh hưởng lớn tới quá trình cắt. Khi tốc độ cắt nhỏ hơn tốc độ oxy
hóa kim loại theo chiều dày cắt thì mép cắt bị phá hỏng, đồng thời năng suất cắt
giảm. Ngược lại tốc độ cắt quá lớn dẫn tới cắt bị sót hoặc quá trình cắt bị gián
đoạn do mép cắt không được nung nóng tốt. Tùy theo kim loại cắt, chiều dày vật
cắt, tốc độ cắt thường từ 75 ÷ 550 (mm/phút).
c. Khoảng cách từ mỏ cắt đến kim loại cắt
Trong quá trình cắt khí cần phải khống chế khoảng cách từ mỏ cắt tới vật
cắt thích hợp. Khi cắt thép tấm, căn cứ vào chiều dài nhân ngọn lửa và chiều dày
tấm cắt ta có thể chọn khoảng cách này như sau: h = L + 2 [mm], L – chiều dài
nhân ngọn lửa. Để giữ được khoảng cách này không đổi khi cắt ta gá thêm một
cặp bánh xe.
d. Vị trí và sự di chuyển mỏ cắt
- Khi cắt tấm theo đường thẳng, hợp lý nhất là mỏ cắt nên đặt nghiêng một góc
20 ÷ 30
0
về phía ngược hướng cắt (a).
- Khi cắt phôi tiết diện tròn(b), bắt đầu nung nóng ở mặt trên và dịch chuyển mỏ
cắt một quảng ngắn, mở oxy cắt để tiến hành cắt.
- Đối với phôi tiết diện vuông bắt đầu cắt từ góc, ban đầu mỏ cắt đặt nghiêng 2 ÷
3
0
theo chiều ngược hướng cắt, lúc đến gần cuối nghiêng theo chiều ngược lại

(c).
- Đối với phôi thép góc, mỏ cắt thường đặt vuông góc với mặt cắt, bắt đầu cắt từ
mép tới đỉnh đến mép tiếp theo (d).
Hình 1.11. Vị trí và sự di chuyển mỏ cắt.
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO
THIẾT BỊ CẮT GAS – ÔXY
2.1. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển máy cắt gas – ôxy
2.1.1. Đặt vấn đề
Trước khi đưa ra cấu trúc của hệ thống điều khiển máy cắt, ta đi tìm hiểu
về nguyên lý hoạt động của nó và các yêu cầu công nghệ để thi công được một
phôi cụ thể như đã chỉ ra trong chương 1.
Cắt thép bằng khí gas và oxy là 1 phương pháp cắt gọt được sử dụng khá
phổ biến trong các nhà máy luyện thép và trong các phân xưởng cơ khí với mục
đích là cắt nhỏ thép phế để cho vào lò đối với nhà máy luyện thép và cắt nhỏ
phôi theo kích thước sử dụng đối với phân xưởng cơ khí. Trang thiết bị bao gồm
: bình oxy, bình ga (hoặc bình sản xuất khí axetylen), đường ống, đồng hồ đo áp
suất, van an toàn, mỏ cắt và một số chi tiết phụ. Phương pháp này phát huy hiệu
quả cao thể hiện ở tính cơ động của thiết bị, thiết bị có thể di chuyển đi các chỗ
làm việc khác nhau tùy vào đặc tính và vị trí của công việc. Bên cạnh đó
phương pháp cắt gọt này cũng gặp phải một vài nhược điểm: mạch cắt lớn và
không bằng phẳng , có thể gây cháy nổ do thiết bị hoặc do vật bị cắt gây nổ, vấn
đề về môi trường
Phương pháp cắt gọt này vẫn đang được sử dụng phổ biến trong các nhà máy
luyện thép và ở các phân xưởng nhỏ. 1 bình khí gas qua van an toàn nối tới 1 mỏ
cắt thông qua đường ống và có 1 bình khí oxy qua đồng hồ đo áp suất nối tới mỏ
cắt cũng thông qua ống nối.Tai mỏ hàn có 3 con vít điêu chỉnh; vít điều chỉnh
oxy, vít điều chỉnh khí gas,vít điều chỉnh hỗn hợp khí, trong quá trình cắt kim
loại người công nhân phải sử dụng thật linh hoạt các con vít điều chỉnh này và
việc điều chỉnh này dựa vào kinh nghiệm của người công nhân. Trong các phân
xưởng cắt gọt phôi tấm thì người ta sử dụng thiết bị là van giảm áp thay cho mỏ

cắt nhờ vào sử dụng loại thiết bị này mà mạch cắt rất thẳng, đẹp và cho năng
suất cao. Cắt đươc những tấm phôi hình tròn cũng khá đẹp, người ta đã chế tạo
thêm compa để gắn trên mỏ cắt hoặc thiết bị có chức năng tương tự muốn cắt
phôi dầy thì bạn phải sử dụng mỏ cắt lớn và khi cắt thì phải mở mạch ( tức là
điều chỉnh các vít để mở khí ra nhiều hơn ) khi bạn cắt phôi thành hình tròn phải
sử dụng compa và nó sẽ được gắn lên mỏ hàn. Muốn cắt phôi mỏng thì sử dụng
mỏ cắt nhỏ và điều chỉnh các vít ra của khí để làm sao ngọn lửa " nhòn " nhưng
vẫn đủ nhiệt để cắt. Ưu điểm của phương pháp cắt kim loại này đầu tư ban đầu
ít, tính linh hoạt cao, không đòi hỏi cao về tay nghề của thợ, thích hợp cho cắt
phôi lớn và nó đặc biệt thích hợp cho phân xưởng nhỏ, thích hợp cho cắt sắt phế
để đưa vào lò Thực tế cho thấy thiết bị này hiện nay đang được sử dụng khá
phổ biến và cho hiệu quả kinh tế cao.
Hình 2.1. Máy cắt gas – oxi trong xưởng luyện thép.
Hình 2.2. Bình nén khí oxy và axetylen.
Hình 2.3. Máy cắt khí kiểu CNC điều khiển số.
Sau khi xem xét những vấn đề như trên, thì hệ thống cần điều khiển 2
bình nén khí oxi và gas. Thực chất là điều khiển lưu lượng và áp suất khí ra khỏi
bình nén.
2.1.2. Trang bị điện cho hệ thống máy nén khí
a. Giới thiệu chung
Tự động hóa hệ thống khí nén là trang bị cho hệ thống nén, các dụng cụ
mà nhờ những dụng cụ đó có thể vận hành toàn bộ hệ thống hoặc từng phần hệ
thống một cách tự động, chắc chắn, an toàn và độ tin cậy cao mà không cần
tham gia trực tiếp của công nhân vận hành (máy CNC).
Càng ngày các thiết bị tự động hoá càng được phát triển và hoàn thiện
việc vận hành hệ thống bằng tay càng được thay thế bằng các hệ thống tự động
hoá một phần hoặc toàn phần. Các hệ thống khí nén lớn đều có trung tâm điều
khiển, điều chỉnh, báo hiệu và bảo vệ.
Bên cạnh việc duy trì tự động các thông số ( như áp suất, nhiệt độ …)
trong giới hạn đã cho, cũng cần bảo vệ hệ thống thiết bị tránh khỏi chế độ làm

việc nguy hiểm.Tuy nhiên việc trang bị thiết bị cho hệ thống tự động cũng chỉ
hợp lí khi tính toán kinh tế là có lợi hoặc do nhu cầu tự động hoá vì không thể
điều khiển bằng tay do tính chính xác của quá trình, lý do khác cũng có thể do
công nghệ đòi hỏi phải thực hiện trong môi trường độc hại hoặc dễ cháy nổ nguy
hiểm.
b. Một số thiết bị tự động thường dùng trong hệ truyền động máy nén khí
Bên cạnh một số khí cụ thường dùng trong hệ truyền động máy nén khí
như công tắc, nút bấm, rơle thời gian, rơle nhiệt độ và rơle áp suất, cầu chì,
aptomat, contactor, rơle hiệu áp dầu, rơle áp suất cao và thấp. Ta xét những thiết
bị cần thiết khác sau.
 Thiết bị thừa hành
o Van điện từ
Van điện từ là loại đóng mở nhờ lực của cuộn dây điện từ ( hay nam châm
điện ), van điện từ có thể là loại van chặn ( van 1 ngả ), hoặc van chuyển dòng
( nhiều ngả ).
- Van điện từ 1 ngả dùng để đóng mở tự động dòng chất lỏng hoặc chất khí từ
xa.
- Van điện từ nhiều ngả ( van chuyển dòng ) dùng để thay đổi tự động dòng chảy
chất lỏng hay khí.
Theo vị trí lá van khi tác động còn có thể chia ra van thường đóng hay van
thường mở. Van thường đóng là loại van đóng khi cuộn dây điện từ không có
điện và thường mở là loại van mở khi cuộn dây không có điện.
Hình 2.4. Van điện từ ( Solenoid Valves )
1 – Thân van; 2 – Đế van; 3 – Clopê; 4 – Ống dẫn hướng đồng thời là ống ngăn
cách khoang hút với bên ngoài; 5 – Lõi sắt; 6 – Lõi cố định; 7 – Vỏ; 8 – Cuộn
dây điện từ; 9 – Vít cố định vỏ; 10 – Vòng đoản mạch chống ồn;
11 – Dây tiếp điện; 12 – Mũ ốc nối vít; 13 – Lò xo
o Van thừa hành piot ( van chủ )
Van thừa hành piot gọi tắt là van chủ được sử dụng kết hợp với một van
điều khiển khác để thực hiện nhiều chức năng trong việc tự động hoá hệ thống.

Hình 2.5. Van thừa hành piot, van lõi với van chủ.
1 – Thân van; 2 – Bộ lọc; 3 – Vít mở van bằng tay; 4 – Nắp trên; 5 –Lỗ cân
bằng; 6 – Bích nối; 7 – Thanh đẩy; 8 – Ống lưới lọc; 9 – Ống dẫn hướng; 10 –
Lò xo; 11 – Nắp dưới; 12 – Tấm van; 13 – Xi lanh; 14 – Piston; 15 – Van piot
Khi đóng, tấm van 12 sẽ ép lên đế van nhờ sức ép của lò xo 10 đồng thời
áp suất p
1
của chất lỏng phía áp cao. Khi mở, van piot trên ống dẫn 15, toàn bộ
chất lỏng trên đầu piston đi qua lỗ S xuống khoang dưới do lực đẩy của lò xo 10.
Van chính từ từ đóng lại, khoang trên piston lại có áp suất ra p
2
.
 Cơ cấu thừa hành
o Các cơ cấu thừa hành có môtơ điện
Các cơ cấu thừa hành có môtơ điện là các thiết bị nhằm biến đổi tín hiệu
điều chỉnh thành sự dịch chuyển cơ học của cơ quan điều chỉnh. Theo dạng của
sự dịch chuyển cơ học có thể chia ra cơ cấu có chuyển động quay và cơ cấu có
chuyển động tịnh tiến. Theo sơ đồ mạch điện có thể dùng cho sự điều khiển có
tiếp điểm hay không tiếp điểm. Các loại van đóng mở bằng môtơ điện ít được sử
dụng trong các hệ thống khí nén.
o Các cơ cấu thừa hành điều khiển bằng khí nén
Các cơ cấu thừa hành điều khiển bằng khí nén biến tín hiệu khí nén thành
sự dịch chuyển cơ khí của cơ cấu điều khiển, thường chúng được chuyển thành
sự dịch chuyển tịnh tiến của các thành đẩy
Theo dạng phần tử cảm biến có thể phân ra các cơ cấu thừa hành dạng
màng mỏng và dạng piston
Hình 2.6. Cơ cấu thừa hành dùng khí nén kiểu màng mỏng để điều chỉnh cửa
thoát của van.
1 – Thân; 2 – Nắp dưới hộp màng; 3 – Nắp trên hộp màng; 4 – Màng cao su; 5 –
Ống nối khí nén điều khiển; 6 – Tấm đỡ màng; 7 – Lò xo; 8 – Thanh truyền;

9 – Đầu nối; 10 – Vạch chia
 Các dụng cụ tự động điều chỉnh báo hiệu – bảo vệ áp suất và hiệu áp suất
o Các phần tử cảm biến đàn hồi
Các phần tử cảm biến đàn hồi biến sự thay đổi áp suất hay sự chênh lệch
nhiệt của áp suất môi trường làm việc thành sự chuyển dịch cơ học. Các phần tử
cảm biến đàn hồi không những được sử dụng trong các dụng cụ điều chỉnh, báo
hiệu bảo vệ áp suất và cả trong các dụng cụ điều chỉnh, báo hiệu, bảo vệ nhiệt
độ.
Các phần tử cảm biến đàn hồi cũng được chia làm hai loại theo cấu tạo là
hộp xếp ( hay niphông ) và màng đàn hồi.
Hình 2.7. Các phần tử cảm biến đàn hồi.
a – Ống màng có vỏ hình song; b – Hộp xếp một đáy; c - Hộp xếp một đáy;
d – Màng phẳng đơn giản; e - Màng phẳng đơn giản
+ Màng phẳng đơn giản sử dụng cho các loại dụng cụ nhỏ và thường được sử
dụng khi sự dịch chuyển không đáng kể
+ Màng đàn hồi lượn sóng được sử dụng khi yêu cầu độ dãn nở lứn hơn, để làm
giảm độ cứng người ta dập các nếp sóng hình tròn đồng tâm với màng.
o Các dụng cụ điều chỉnh hai vị trí
Các rơle áp suất và rơle hiệu áp thuộc vào loại dụng cụ có đặc tính rơle
hay dụng cụ điều chỉnh hai vị trí. Rơle áp suất là dụng cụ chuyển đổi các tín hiệu
áp suất hoặc hiệu áp suất thành ra sự đóng ngắt (ON/OFF) của mạch điện …
* Rơle áp suất đơn
+ Rơle áp suất thấp :
Là dụng cụ hoạt động ở áp suất thấp và ngắt mạch điện của máy nén khi
áp suất giảm xuống quá mức cho phép để bảo vệ máy nén và đôi khi để điều
chỉnh công suất nén.
Hình 2.8. Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của rơle áp suất thấp
a- Nguyên tắc cấu tạo
b- Tiếp điểm ON – OFF (LP)
c- Tiếp điểm ON – OFF (HP)

Hình 2.8. Cấu tạo của rơle áp suất thấp.
1 – Vít đặt áp suất thấp LP; 2 – Vít đặt vi sai LP; 3 – Tay đòn chính; 5 – Vít đặt
áp suất cao HP; 7 – Lò xo chính; 8 – Lò xo vi sai; 9 – Hộp xếp dãn nở; 10 – Đầu
nối áp suất thấp; 11 - Đầu nối áp suất cao; 12 – Tiếp điểm; 13 – Vít đấu dây
điện; 14 –Vít nối đất; 15 – Nối luồn dây điện ;16 – Cơ cấu lật để đóng mở tiếp
điểm dứt khoát; 18 – Tấm khoá; 19 –Tay đòn
+ Rơle áp suất cao
Rơle áp suất cao hoạt động với áp suất cao, khi áp suất đầu đẩy máy nén
tăng vượt quá trị số cho phép, rơle mở truyền động ngắt mạch điện cung cấp cho
máy nén để bảo vệ
Hình 2.9 : Rơle áp suất cao kiểu KP7W của Danffoss.
1 – Vít đặt sáp suất; 2 – Vít đặt vi sai áp suất; 3 – Tay đòn chính;
4 – Lối cáp vào; 5 – Tấm khoá; 6 – Tay đòn; 7 – Tay đòn reset trong;
8 – Tay đòn reset ngoài
Tuy nhiên do yêu cầu về an toàn ngừơi ta chia rơle áp suất cao ra làm 3
loại :
- Rơle áp suất cao thường là loại sau khi áp suất tăng cao thì cắt mạch, khi áp
suất giảm xuống rơle tự đóng mạch cho máy nén hoạt động trở lại.
- Rơle áp suất cao có giới hạn áp suất, đặc biệt là có nút reset bằng tay trên vỏ
máy. Khi đã ngắt (OFF) rơle không tự đóng lại mà phải có tác động ấn nút reset
của người vận hành máy.
- Rơle áp suất cao có giới hạn an toàn, đặc điểm là có tay đòn reset nằm trong
vỏ máy, khi đã ngắt mạch điện máy nén (OFF) người vận hành máy nén phải
kiểm tra nguyên nhân tăng áp suất, mở nắp rơle và dùng dụng cụ để đưa tay
đóng reset về vi trí ban đầu.
Do nhiệm vụ bảo vệ an toàn như vậy nên thường người ta bố trí đèn báo
khi rơle tác động OFF.
* Rơle áp suất kép
Rơle áp suất kép gồm rơle áp suất cao và rơle áp suất thấp được tổ hợp
chung lại trong một vỏ thực hiện chức năng của hai rơle, ngắt điện cho máy nén

khi áp suất cao vượt quá mức cho phép và khi áp suất thấp hạ xuống dưới mức
cho phép. Việc đóng điện lại cho máy nén khi áp suất giảm xuống và khi áp suất
tăng lểntong phạm vi an toàn cũng được thực hiện bằng tay với nút ấn reset
ngoài hoặc bằng tay đòn với tay đòn reset phía trong vỏ như đã nói ở trên.
* Rơle hiệu áp dầu
Rơle hiệu áp dầu dùng trong hệ thống máy nén khí chủ yếu để bảo vệ sự
bôi trơn hoàn hảo máy nén. Do áp suất trong khoang cácte máy nén luôn thay
đổi do đó một áp suất dầu không đổi nào đó không thể đảm bảo an toàn cho
việc bôi trơn máy nén, vì vậy hiệu áp suất ( hiệu áp dầu trừ áp suất cácte hay áp
suất P
0
) mới là đại lượng đánh giá chính xác chế độ bôi trơn yêu cầu của máy
nén , thường ∆P ≥ 0,7 bar
Vì khi khởi động máy nén, hiệu áp dầu không bằng 0 nên lúc này có bộ
phận nối tắt qua rơle, khoảng 45s sau khởi động, hiệu áp dầu được xác lập bộ
phận nối tắt sẽ ngắt mạch. Bộ nối tắt được điều khiển bằng rơle thời gian. Khi
làm việc, rơle hiệu áp dầu đóng mở chỉ phụ thuộc vào giá trị hiệu áp suất dầu từ
bơm trừ áp suất hút hay áp suất cácte mà hoàn toàn không phụ thuộc vào áp suất
cũng như áp suất cácte.
Hoạt động của rơle biến áp dầu : Nếu không có áp suất dầu khi khởi động
hoặc khi hiệu áp suất dầu giảm xuống dưới giá trị đặt khi vận hành thì máy nén
sẽ được ngắt dòng điện nguồn sau khi thời gian trễ trôi qua.
 Các dụng cụ tự động điều chỉnh báo hiệu, bảo vệ nhiệt độ và hiệu chỉnh
nhiệt độ
Các dụng cụ điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu và bảo vệ nhiệt độ, giống
như áp suất cũng được trang bị các bộ biến đổi nhiệt độ. Nhờ các bộ biến đổi
này mà sự thay đổi nhiệt độ do các phần tử cảm biến nhiệt thu được biến đổi
thành các tín hiệu tương ứng như độ dịch chuyển cơ khí ( độ giãn nở của hộp
xếp thanh lưỡng kim hay màng đàn hồi ).
o Các bộ biến đổi nhiệt độ

+ Hệ thống biến đổi nhiệt áp
Hệ thống biến đổi nhiệt áp để biến đổi các tín hiệu nhiệt độ ra áp suất, sau
đó thành sự dịch chuyển cơ học của hộp xếp hoặc màng đàn hồi, có thể thực
hiện từ xa hoặc tại chỗ.
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý hệ thống biến đổi nhiệt áp từ xa và tại chỗ
a- Từ xa
b- Tại chỗ
1- Đầu cảm nhiệt
2- Ống mao dẫn
3- Hộp xếp
4- Vỏ ngoài hộp xếp
5- Chất lỏng
+ Các phần tử nhạy cảm nhiệt dãn nở nhiệt
Trong các dụng cụ tự động nhiệt, người ta sử dụng các phần tử nhạy cảm
dẫn mở nhiệt để biến đổi sự dãn nở nhiệt độ ra sự dịch chuyển cơ học để đóng
mở tiếp điểm hoặc sự điều chỉnh liên tục
+ Nhiệt điện trở
Nhiệt điện trở biến tín hiệu nhiệt độ trở thành điện trở, nhiệt điện trở gồm
các kim loại và bán dẫn. Nhiệt điện trở được chế tạo từ các dây dẫn lim loại
mỏng, được quấn lên khung và đặt trongvỏ bọc bảo vệ, vật liệu chế tạo nhiệt
điện trở là các kim loại có hệ số nhiệt điện trở cao và ổn định ( Niken, bạch kim,
đồng …)