1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ Xây dựng bài thực tập khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC, thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP bài thực tập khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
2. Đặt vấn đề:

Không khí chung quanh ta nhiều vô kể và nó là một nguồn năng lượng rất lớn mà con người đã biết sử dụng chúng từ trước Công nguyên. Tuy nhiên sự phát triển và ứng dụng khí nén lúc đó còn rất hạn chế do sự phối hợp giữa các ngành vật lý ,cơ học v.v..

Vào khoảng thế kỷ 17 các nhà bác học Blaise Pascal, Denis Papin, Otto von Guerike đã xây dựng nền tảng cho việc ứng dụng của khí nén.

Cùng với sự phát triển của khí nén, năng lượng điện đã phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực làm cho ứng dụng của khí nén giảm. Nhưng không vì điều đó mà sự phát triển và ứng dụng của khí nén mất đi.

2. Tầm quan trọng và ứng dụng của khí nén: 

Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều khiển bằng khí nén không ngừng diễn ra.

Các ứng dụng của khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết v.v..

Các ứng dụng của khí nén trong truyền động như  máy vặn vít, các moto khí nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ôtô v.v..

3. Ưu nhược điểm của khí nén:
   1. Ưu điểm:
      • Không gây ô nhiễm môi trường.
      • Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp.
      • Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
   2. Nhược điểm:
      • Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
      • Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.
4. Mục đích yêu cầu- giới hạn đề tài:

          Trong công cuộc Hiện đại hóa, Công nghiệp hóa đất nước. Đất nước ta mở cửa cho các nhà đầu tư vào hoạt động. Các hệ thống tự động hóa công nghiệp điều khiển bằng khí nén cũng dần xuất hiện nhiều.

          Tự động hóa trong công nghiệp sẽ cho ra nhiều sản phẩm hơn đồng thời đòi hỏi sự hoạt động của nó phải đạt độ chính xác cao, an toàn v.v..

          Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp.

          Trong một số trường Đại học hiện nay có thêm môn học Cơ- Điện tử. Đây là sự kết hợp giữa hai ngành  Cơ khí và Điện –Điện tử .

          Nhằm giúp sinh viên có kiến thức sơ đẳng về điều khiển tự động các thiết bị khí nén, em thực hiện đề tài “ Xây dựng bài thực tập khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC “. Đề tài này giúp cho sinh viên ngành Điện phần nào hiểu được cách thức hoạt động của các thiết bị khí nén đồng thời ứng dụng PLC vào điều khiển chúng.

          Đề tài được trình bày theo dạng các bài thí nghiệm, sinh viên sau khi nắm vững lý thuyết, sẽ thực hành theo các dạng bài tập thí nghiệm. Các bài thí nghiệm được viết theo trình tự từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp nằm giúp sinh viên dễ dàng nắm bắt bài học hơn. 

          Đề tài này được thực hiện trên bộ thí nghiệm khí nén của hãng LAB-VOLT

          Đề tài giới thiệu cho sinh viên các thiết bị và các thức hoạt động của các thiết bị, tự động điều khiển các thiết bị bằng PLC. Giúp sinh viên có kiến thức căn bản nhất về khí nén.

          Với quĩ thời gian  7 tuần lễ và đây là một đề tài mới mẻ đối với em. Trong quá trình nghiên cứu xây dựng bài thực tập do kiến thức còn hạn chế  chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, kính mong quí Thầy Cô cùng các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để xây dựng đề tài tốt hơn.

...........................................................

CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU VỀ

A.  Máy nén khí – Thiết bị  phân phối khí nén:

1. Máy nén khí:
   1. Khái niệm:

Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.

2. Phân loại:

1. Theo áp suất:

• Máy nén khí áp suất thấp:      p £ 15 bar
• Máy nén khí áp suất cao:        p ³ 15 bar
• Máy nén khí áp suất rất cao:  p ³  300bar

2.  Theo nguyên lý hoạt động:

• Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
• Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiều trục.

2. Bình trích chứa khí nén:

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ  để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.

Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn.

Mạng đường ống dẫn khí nén:

Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành.

Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại:

• Mạng đường ống được lắp ráp cố định (mạng đường ống trong nhà máy)
• Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết bị)

Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bị cho phép tháo lắp dễ dàng và nhanh chóng. Nối hệ thống đến các thiết bị bằng cách đơn giản là đẩy ống vào cổng vào (in-let) hay cổng ra (out-let). Tháo ống ra bằng cách một tay đè vào vành tỳ, tay kia kéo ống ra.

2. CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN:

1. Khái niệm:

Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển vòng hở (Open – loop Control System) với các phần tử sau:

5.  Phần tử đưa tín hiệu : nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp suất.
5.  Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic OR hoặc AND.
5.  Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lương ra của mạch điều khiển. Ví dụ: xilanh, động cơ khí nén.
2. Van đảo chiều:

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.

1. Ký hiệu của van đảo chiều:

Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2,  …

 trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’. Đối với van có 2 vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị trí ‘không’.

............................................................

4. Thiết kế – Biểu diễn biểu đồ trạng thái:

                            Để biểu diễn chi tiết chu trình hoạt động của các nhóm trong hệ thống điều khiển điện – khí nén người ta thường sử dụng biểu đồ trạng thái. Thông qua biểu đồ trạng thái, chúng ta hình dung rõ ràng và hình tượng hơn chuyển động của từng nhóm và mối quan hệ giữa chúng với nhau qua từng bước họat động.

5. Biểu đồ trạng thái biểu diễn các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử.

5. Trục tọa độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái. Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc thời gian hành trình. Hành trình làm việc được chia thành các bước. Sự thay đổi trạng thái trong các bước thực hiện biểu diễn bằng nét đậm. Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng các đường nét nhỏ.
6. ..................

1. Động cơ khí nén:

Động cơ khí nén có nhiệm vụ biến đổi năng lượng của khí nén thành năng lượng cơ học (chuyển động quay).

Động cơ khí nén có những ưu điểm sau:

_  Điều chỉnh được momen quay và số vòng quay

_  Số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp

_  Không hư hỏng khi quá tải

_  Giá thành bảo dưỡng thấp

Nhược điểm:

_  Giá thành năng lượng cao

_  Số vòng quay thay đổi theo tải trọng

_  Gây tiếng ồn lớn khi xả khí

......................................................

THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN BẰNG BIỂU ĐỒ KARNAUGH:

Đối với sinh viên ngành điện, trong môn học kỹ thuật số, phương pháp bìa Karnaugh là một phương pháp rất quen thuộc.

Trong lĩnh vực điều khiển bằng khí nén, phương pháp bìa Karnaugh cũng được sử dụng để thiết kế mạch điều khiển. Nhìn chung, cách thức sử dụng bìa Karnaugh để đơn giản hàm hoàn toàn tương tự như trong kỹ thuật số. Tuy nhiên để thiết kế được một mạch khí nén bằng phương pháp bìa Karnaugh cần phải tuân thủ những bước sau đây:

1. Xác định biến:

Từ yêu cầu điều khiển cụ thể, ta liệt kê tất cả các cơ cấu chấp hành sẽ được sử dụng. Với mỗi cơ cấu chấp hành, ta gán cho chúng những biến, đó chính là các công tắc cuối hành trình của cơ cấu chấp hành đó. Các công tắc hành trình này sẽ tác động cho cơ cấu chấp hành hoạt động.

Ví dụ: Trong một hệ thống điều khiển có 2 cơ cấu chấp hành A và B như hình vẽ:

..................................................