BÀI 1: ĐẤU DÂY VẬN HÀNH MÁY NÉN KHÍ
1.1. Tháo lắp máy nén khí kiểu pistong
Trong doanh nghiệp, các máy nén pittơng được sử dụng rộng rãi cho cả
nén khí và làm lạnh. Các máy nén khí này hoạt động trên nguyên lý của bơm xe
đạp và được đặc trung bởi sự ổn định của lưu lượng khi áp suất đẩy thay đổi. năng
suất của máy tỷ lệ thuận với tốc độ. Tuy nhiên công suất của máy nén lại thay
đổi.
a) Cấu tạo
- Máy nén một cấp là máy nén có q trình thực hiện bằng một xylanh đơn
hoặc một số xylanh song song

Hình 1.2: Máy nén khí kiểu pittong 1 cấp

- Rất nhiều ứng dụng yêu cầu vượt quá khả năng thực tế của một cấp nén
đơn lẻ. Tỷ số nén quá cao(áp suất đẩy tuyệt đối/ áp suất hút tuyệt đối ) có thể làm
nhiệt độ cửa đẩy cao quá mức hoặc gây ra các vấn đề thiết kế khác. Điều này dẫn
đến nhu cầu sử dụng máy nén hai hay nhiều cấp cho yêu cầu áp suất cao với nhiệt
độ khí cấp (cửa đẩy) thấp hơn (1400C – 1600C) so với máy nén một cấp (2050C –
2400C).

1


Hình 2.5: Máy nén khí kiểu pittong 2 cấp

b) Ngun lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của máy nén kiêu pittơng một cấp ( hình 10)

Truyền

Hình 2.6: Ngun lý hoạt động của máy nén khí kiểu pittong 1 cấp

Khơng khí được hút vào khi pittong đi xuống, van nạp mở ra, van xả đóng lại do
áp suất giảm xuống. Đây gọi là pha hút.
+ Ở điểm chết dưới của pittông, van nạp đóng, buồng khí đóng kín
2


+ Pittông đi lên, áp suất tăng, van xả mở, đây gọi là pha nén
+ Ở điểm chết trên của pittơng, van xả đóng lại, van nạp mở ra. chuẩn bị
cho một chu trình mới.
- Máy nén khí kiểu pittơng một ấp có thể hút lưu lượng đến 10m3/phút bà
áp suất nén được 6bar, một số trường hợp áp suất nén đến 10bar.
c) Ưu, nhược điểm của máy nén khí kiểu pittông:
- Ưu điểm: Cứng, vững, hiếu suất cao, kết cấu vận hành đơn giản
- Nhược điểm: Tạo ra khí nén theo xung, thường có dầu, ồn.

u

3


BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
2.1. Tháo lắp xilanh khí nén, động cơ khí nén
2.1.1. Động cơ khí nén
Động cơ khí nén là cơ cấu chấp hành, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế
năng, động năng của khí nén thành năng lượng cơ học- chuyển động quay
Động cơ khí nén có những ưu điểm:
- Điều chỉnh đơn giản mơmen quay và số vịng quay
- Đạt được số vịng quay cao và điều chỉnh vơ cấp
- Khơng xảy ra hư hỏng, khi có tải trọng q tải

- Giá thành bảo dưỡng thấp
Tuy nhiên, động cơ khí nén cũng có nhược điểm:
- Giá thành cao (khoảng 10 lần so với động cơ điện)
- Số vòng quay phụ thuộc vào tải trọng
- Xảy ra tiếng ồn lớn khi xả khí

Động cơ quay một chiều

Động cơ quay hai chiều

Hình 3.7: Ký hiệu động cơ khí nén

2.1.2. Xy lanh
a. Xy lanh tác động đơn ( xylanh tác động môt chiều)
Xy lanh tác động một chiều là xy lanh mà áp lực tác động vào xylanh chỉ
một phía, phía ngược lại do lực của lò xo tác động hay do ngoại lực tác độn

Hình 3.2: xy lanh tác động 1 chiều

b. Xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh tác động kép)
Nguyên lý làm việc
Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất khí nén được
dẫn vào cả 2 phía của xylanh.
Ký hiệu
4


- Xylanh tác động 2 chiều khơng có giảm chấn

Chiều tác động ngược lại do ngoại lực


Chiều tác động ngược lại do lực lị xo

Hình 3.4: Ký hiệu xy lanh tác động một chiều

Hình 3.5: Xylanh tác động 2 chiều khơng có giảm chấn

- Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn: Nhiệm vụ của cơ cấu giảm chấn
là ngăn chặn sự va đập của pittong vào thành của xylanh ở vị trí cuối hành trình.
Người ta dùng van tiết lưu một chiều để thực hiện giảm chấn.

Hình 3.6: Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn điều chỉnh
được

Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn khơng điều chỉnh được

5


2.2. Đấu nối sử dụng các van khí nén
2.2.1. Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng năng lượng bằng cách đóng,
mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dịng năng lượng
a. Ngun lí hoạt động
Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 4.2): khi chưa có tín hiệu tác
động vào cửa (12) thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu
tác động vào cửa (12), ví dụ tác động bằng dịng khí nén, nịng van sẽ dịch chuyển
về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường hợp tín hiệu
tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lị xo, nịng van sẽ trở về vị
trí ban đầu.


Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều

b. Ký hiệu van đảo chiều
Chuyển đổi vị trí của nịng van được biểu diễn bằng các ơ vng liền
nhau với các chữ cái o,a,b,c… hay các chữ số 0, 1, 2, 3….

a

o

b

a

b

Vị trí “ khơng” được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín
hiệu ngồi vào. Đối với van có 3 vị trí, vị trí ở giữa là vị trí “ khơng”. Đối với van
có 2 vị trí thì vị trí “ khơng” có thể là “a” hoặc là “ b “, thơng thường vị trí “b” là
vị trí “ khơng”.

6


Bên trong ơ vng của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu
diễn hướng chuyển động của dòng qua van. Trường hợp dòng van bị chặn được
biểu diễn bằn dấu gạch ngang.

Hình 4.3: Ký hiệu các cửa van nối của van đảo chiều


- Ký hiệu và tên gọi van đảo chiều (như hình vẽ)

a

o

b

a

b

Van đảo chiều 3/2

Van đảo chiều 4/3

Một số van đảo chiều thường gặp
Số vị trí
Số cửa
Hình 4.4: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều

7


Hình 4.5: Các loại van đảo chiều

c. Tín hiệu tác động
Nếu ký hiệu lò xo nằm ngay bên phải của ký hiệu van đảo chiều, thì van
đảo chiều đó có vị trí “khơng”, vị trí đó là ơ vng phía bên phải của ký hiệu

van đảo chiều và được ký hiệu “0”. Điều đó có nghĩa là khí chưa có tín hiệu tác
động vào nịng van thì lị xo tác động giữ vị trí đó.
a) Tín hiệu tác động bằng tay

8


b) Tác động bằng cơ

c) Tác động bằng khí nén

d) Tác động bằng nam châm điện

9


d. Van đảo chiều có vị trí “ khơng”

Van đảo chiều có vị trí “ khơng” là van có tác động bằng cơ – lò xo nên
nòng van và ký hiệu lị xo nằm ngay vị trí bên cạnh ơ vng phía bên phải của
ký hiệu van.
2.2.1. Van một chiều
a. Nguyên lý làm việc
Van một chiều có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua theo một chiều,
chiều ngược lại bị chặn.
Dịng khí nén đi từ A qua B, chiều từ B qua A dịng khí bị chặn

Hình 4.14: Van một chiều

b. Ký hiệu van một chiều

B

A

2.3. Van tiết lưu
Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều
chỉnh tốc độ hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành.
2.3.1. Van tiết lưu có tiết diện khơng thay đổi được
Lưu lượng dịng chảy qua khe hở của van có tiết diện khơng thay đổi
được

Ký hiệu

2.3.2. Van tiết lưu có tiết diện điều chỉnh được
a. Nguyên lý hoạt động
Có thể điều chỉnh được lưu lượng dịng khí nén đi qua van. Dịng khí nén
đi từ A qua B và ngược lại. Tiết diện A thay đổi bằng vít điều chỉnh
10


Hình 4.18:Van tiết lưu có tiết diện thay đổi (hãng Herion)

b. Ký hiệu
A

B

Ký hiệu

2.3.3. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay

a. Nguyên lý hoạt động
Tiết diện chảy A thay đổi bằng cách điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay.
Khi dịng khí nén từ A qua B, lị xo đẩy màng chắn xuống và dịng khí nén chỉ đi
qua tiết diện A. Khi dịng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lị xo,
đẩy màng chắn lên và khi đó dịng khí nén đi qua khoẳng hở giữa màng chắn và
mặt tựa màng chắn, lưu lượng khơng điều chỉnh được

Hình 4.19:Van tiết lưu một chiều ( hãng Bosch)

11


b. Ký hiệu van tiết lưu một chiều
A

B

2.3. Các phần tử điện, điện- khí nén
Cơng tắc thường mở

Cơng tắc thường đóng

Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thường đóng

Rơ le điểu khiển

Rơ le thời gian tác động muộn


Rơ le thời gian nhả muộn

Cuộn dây điều khiển van
Đèn báo hiệu

12


Cơng tắc hành trình thường mở và thường đóng

Nguần điện áp 24V

Điện áp 0V

2.3.1. Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện
a/ Ký hiệu
Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện kết hợp với khí nén có thể điều
khiển trực tiếp ở hai đầu nòng van hoặc gián tiếp qua van phụ trợ. Hình 5.2 biểu diễn
một số ký hiệu loại điều khiển.

Hình 5.2: Ký hiệu các loại điều khiển
b/ Điều khiển trực tiếp
Hình 5.3 biểu diễn cấu tạo và ký hiệu của van 2/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm
điện.

Hình 5.3: Van 2/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện

13



Cấu tạo và ký hiệu của van đảo chiều 3/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện
được biểu diễn ở trong hình 5.4.

Hình 5.4: Van 3/2 điều khiển trực tiếp bằng lò xo
2.3.2. Điều khiển gián tiếp
Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều 3/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm
điện và khí nén được biểu diễn ở trong hình 5.5 gồm hai van: van chính và van phụ trợ.
Khi van ở vị trí “khơng” cửa nối với nguồn P sẽ nối với nhánh b, để van chính nằm ở
vị trí b.
Cấu tạo của van đảo chiều 3/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện được
biểu diễn ở hình 5.5.

Hình 5.5: Cấu tạo và ký hiệu van đảo chiều 3/2 điều khiển gián tiếp bằng nam
châm điện và khí nén
d/ Một số van đảo chiều

14


Hình 5.6: Cấu tạo van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng nam châm và khí nén

2.4. Đấu nối, sử dụng cảm biến
2.4.1. Cảm biến cảm ứng từ
Nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 5.18. Bộ tạo dao
động sẽ phát ra tần số cao. Khi có vật cản bằng kim loại nằm trong vùng từ trường,
trong kim loại đó sẽ hình thành dịng điện xoáy. Như vậy, năng lượng của bộ dao động
sẽ giảm. Dịng điện xốy sẽ tăng, khi vật cản càng gần cuộn cảm ứng. Qua đó biên độ
dao động của bộ dao động sẽ giảm. Qua bộ so, tín hiệu sẽ được khuếch đại.
- Cảm biến điện dung:
Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung biểu diễn ở trong hình 5.19. Bộ tạo

dao động sẽ phát ra tần số cao. Khi có vật cản bằng kim loại hoặc phi kim loại nằm
trong vùng đường sức của điện trường, điện dung tụ điện thay đổi. Như vậy, tần số riêng
của bộ dao động thay đổi. Qua bộ so và bộ nắn dịng tín hiệu được khuếch đại.
- Cảm biến quang:
Ngun tắc hoạt động của cảm biến quang gồm hai phần:
- Bộ phận phát.
- Bộ phận nhận.
Bộ phận phát sẽ phát đi tia hồng ngoại bằng điốt phát quang, khi gặp vật chắn, tia
hồng ngoại sẽ phản hồi lại vào bộ phận nhận. Như vậy, ở bộ phận nhận, tia hồng ngoại
phản hồi sẽ được xử lý trong mạch và cho tín hiệu ra sau khi khuếch đại.

15


Hình 5.15: Cảm biến quang

2.4.2. Cảm biển bằng tia rẽ nhánh
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến bằng tia rẽ nhánh như sau: dịng khí
nén sẽ được phát ra ở cửa P (áp suất nguồn), nếu khơng có vật cản thì dịng khí
nén sẽ đi thẳng, nếu có vật cản thì dịng khí nén rẽ nhánh qua cửa X (áp suất rẽ
nhánh).

Hình MĐ15-04-32 - Cảm biến tia rẽ nhánh.
2.4.3. Cảm biến bằng tia phản hồi
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến bằng tia phản hồi như sau: khi dịng
khí nén P đi qua khơng có vật cản, tín hiệu phản hồi X = 0, khi có vật cản, tín
hiệu X = 1. Đặc điểm của cảm biến bằng tia phản hồi là khi vật cản dịch chuyển
theo hướng dọc trục của cảm biến – khoảng cách a hoặc theo hướng vng góc
với trục – khoảng cách s, thì tín hiệu điều khiển vẫn nhận giá trị X = 1.


Hình MĐ15-04-33 - Cảm biến bằng tia phản hồi.
16


2.4.4. Cảm biến bằng tia qua khe hở
- Cảm biến bằng tia qua khe hở gồm 2 bộ phận chính: bộ phận phát và bộ
phận nhận. Thông thường bộ phận phát và bộ phận nhận có cùng áp suất p khoảng
150 mbar. Nhưng trong một số ứng dụng, áp suất p của bộ phận phát có thể là 4
bar và áp suất p của bộ phận nhận đến 0.5 bar. Trục của cơ cấu phát và nhận phải
lắp ráp chính xác đồng tâm.

Hình MĐ15-04-34 - Cảm biến bằng tia qua khe hở.
- Khi chưa có vật chắn X=0, khi có vật chắn thì X=1.

17


BÀI 3: LẮP MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN - KHÍ NÉN
* Khái quát chung
a. Ký hiệu
Công tắc ngắt khi nguy hiểm

P

Phần tử áp suất

t

Phần tử thời gian


Nút đóng
Nút đóng và ngắt
Nút ngắt

Tín hiệu rẽ nhánh

Cơng tắc chọn chế độ làm
việc ( bằng tay, tự động)

Liên kết OR

Nút tự động
Liên kết AND
Nút ấn
Phần tử tác động bằng cơ
Đèn báo

S

Nút ấn tác động đồng thời

Liên kết OR có 1 nhánh phủ
định

Hình 6.1: Ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái

b. Thiết kế biểu đồ trạng thái
- Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên
hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử.
- Trục tọa độ thẳng dứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, góc

quay, áp st..).
- Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc là thời gian
hành trình.
- Hành trình làm việc được chia thành các bước. Sự thay đổi trạng thái
trong các bước được được biểu diễn bằng nét đậm. Sự liên kết các tín hiệu được
biểu diễn bằng đường nét nhỏ và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên
- Biểu đồ trạng thái của cơ cấu chấp hành
Biểu đồ trạng thái của cơ cấu chấp hành biểu diễn trình tự hoạt động và vị trí của
chúng theo thời gian hay tại các thời điểm (trạng thái) của hệ thống (hình 2.65).
18


Hoạt động của mỗi cơ cấu chấp hành trong chu kỳ hoạt động của hệ thống
được biểu diễn bởi một dãy ơ kề nhau; trong đó mỗi ơ sẽ biểu diễn một nhịp
chuyển động của cơ cấu chấp hành đó. Như vậy, số ô này bằng với tổng số nhịp
hoạt động tuần tự trong một chu kỳ. trục thẳng đứng của mỗi ơ biểu diễn vị trí
(chuyển động thẳng, góc quay….) và trục nằm ngang biểu diễn các thời điểm hay
trạng thái theo thời gian.
Các ký hiệu:
Quy ước về vị trí của Piston:

Hinh 2.65 Quy ước vị trí của piston
Quy ước về nhịp hoạt động của piston:
Piston A đang di chuyển từ vị trí 0 tới vị trí 1 (ký hiệu A+) trong nhịp hoạt
động thứ I của hệ thống (hình 2.67) được biểu diễn băng một ơ vng biểu diễn
vị trí đầu của piston, cạnh nằm ngang của ơ vuông biểu diễn thời điểm hay trạng
thái của hệ thống (hình 2.68).
Hình 2.67 Piston A di chuyển từ vị
trí 0 đến vị trí 1 khi thục hiện nhịp
hoạt động thứ nhất I của hệ thống.


Hình 2.68 Biểu diễn piston A di chuyển từ vị trí 0 đến 1 trong quá trình hệ
thống chuyển trạng thái 1 sang 2 trong nhịp hoạt động thứ I

19


Piston A đang di chuyển từ vị trí 1 tới vị trí 0 (ký hiệu A-) trong nhịp hoạt
động thứ I của hệ thống (hình 2.68) được ký hiệu như trên hình 2.69.
Hình 2.69 Piston A di chuyển vị trí 1
đến vị trí 0 khi thực hiện nhịp hoạt
động thứ I của hệ thống.

Hình 2.70 Biểu diễn piston A di chuyển từ vị trí 1 đến 0 trong q trình hệ
thống chuyển trạng thái 1 sang 2 trong nhịp hoạt động thứ I
Piston A đang giữ nguyên vị trí 0 khi hệ thống chyển từ trạng thái 1 sang
trạng thái 2 (hình 2.69) được ký hiệu như trên hình 2.70

Hình 2.70 Piston A giữ ngun vị trí 0

Hình 2.71 Biểu diễn piston A đang giư nguyên vị
trí 0 khi hệ thống chuyển từ trạng thái 1 sang 2.
Piston A đang giữ nguyên vị trí 1 khi hệ thống chyển từ trạng thái 1 sang
trạng thái 2 (hình 2.71) được ký hiệu như trên hình 2.72.

20


Hình 2.74 Piston A giữ ngun vị trí
1.


Hình 2.72 Biểu diễn piston A đang giư nguyên vị
trí 1 khi hệ thống chuyển từ trạng thái 1 sang 2.
Ví dụ: Một hệ thống hai xy lanh (piston) A và B (hình 2.72) có q trình
hoạt động như sau:
- Nhịp hoạt động thứ I: xy lanh A đi ra (A+) đưa vật thể M lên, B đứng yên.
- Nhịp hoạt động thứ II: xy lanh B đi ra (B+) đẩy vật thê M vào băng tải C, A
đúng yên.
- Nhịp hoạt động thứ III: xy lanh A lui về (A-) vị trí ban đầu, B đứng yên.
- Nhịp hoạt động thứ IV: xy lanh B lui về (B-) vị trí ban đầu, A đứng n.

hình 2.73 Hệ thống khí nén 2 xy lanh A và B.
Biểu diễn biểu đồ trạng thái xy lanh A và B:
Vì hệ thống có 4 nhịp hoạt động lên mỗi xy lanh cần dung 4 ô vuông như
dưới đây:

21


Khi hệ thống thực hiện nhịp I, xy lanh A đi từ vị trí 0 đến vị trí 1 (A+) để
đưa vật thể M đi lên, lúc đó B đứng yên: ta biểu diễn như sau:

Lý luận tương tự đối với các nhịp II (B+), III (A-) và IV (B-), ta có thể biểu
diễn đồ thị trạng thái của hệ thống hai xy lanh A và B với quá trình hoạt động
trong ví dụ 10 như sau:

Ví dụ1: Thiết kế biểu đồ trạng thái của quy trình điều khiển sau:
Xy lanh tác dụng 2 chiều 1.0 sẽ đi ra khi tác động vào nút ấn 1.2 hoặc 1.4.
Muốn xylanh lùi về thì phải tác động đồng thời nút ấn 1.6 và 1.8
22



Biểu đồ trạng thái của xylanh 1.0 được biểu diễn trên hình 6.2.
- Nút ấn 1.2 và nút ấn 1.4 là liên kết OR
- Nút ấn 1.6 và 1.8 là lien kết AND
- Xy lanh đi ra ký hiệu dấu “+”, xyalnh lùi về ký hiệu “- “

Hình 6.2: Biểu đồ trạng thái của xylanh 1.0

Sơ đồ mạch khí nén của quy trình điều khiển xy lanh 1.0

Hình 6.3: Sơ đồ mạch khí nén

23


Ví dụ 2: Thiết kế biểu đồ trạng thái của quy trình điều khiển 2 xylanh tác động 2
chiều có hoạt động như sau:
- Khi tác động vào nút ấn 1.2, xylanh thứ nhất 1.0 đi ra để uốn chi tiết.
Sau khi uốn xong (chạm vào cơng tắc hành trình 1.4)xylanh lùi về- Sau khi lùi về
hết hành trình của pittong, cơng tắc hành trình 2.3 sẽ tác động lên -xylanh thứ hai
2.0, xylanh 2.0 sẽ đi ra để dịch chuyển chi tiết tiếp theo. Khi chạm vào công tắc
hành trình 2.5, xylanh 2.0 sẽ lùi về.

Hình 6.5: Sơ đồ mạch khí nén

24


2. Các phương pháp điều khiển.

Bao gồm:
- Điều khiển bằng tay
- Điều khiển tùy động theo thời gian
- Điều khiển tùy động theo hành trình
2.1. Điều khiển bằng tay
Điều khiển bằng tay được ứng dụng phần lớn ở những mạch điều khiển
bằng khí nén đơn giản như gá kẹp chi tiết, khoan…
a. Điều khiển trực tiếp
Điều khiển trực tiếp có đặc điểm là chức năng đưa tín hiệu do một phần tử
đảm nhận hoặc hai phần tử riêng biệt
Ví dụ 1: mạch điều khiển trực tiếp sử dụng một phần tử

Hình 6.16: Mach điều khiển trực tiếp sử dụng một phần
tử điều khiển

25