BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA : ĐIỆN
BỘ MÔN : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Đề tài :

SOẠN ĐỀ CƯƠNG THỰC TẬP ĐIỆN - KHÍ NÉN
CHO SINH VIÊN NGÀNH ĐIỆN
VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH TAY MÁY Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Tâm
Lớp : 95 KĐĐ
Giáo viên hướng dẫn : Vũ Đỗ Cường
Hình 2-25 Xilanh quay Trang 15
Hình 2-26 Xilanh trượt Trang 15
Hình 2-27 Ký hiệu động cơ khí nén Trang 15
Hình 2-28 Thiết bò phân loại Trang 18
Hình 2-29 Thiết bò kiểm tra bưu phẩm Trang 21
Hình 2-30 Thiết bò cắt Trang 24
Hình 2-31 Điều khiển băng tải Trang 27
Hình 2-32 Thiết bò dập tạo dáng Trang 29
Hình 2-33 Máy công tác Trang 32
Hình 2-34 Thiết bò hàn ống Trang 36
Hình 2-35 Thiết bò phân chia Trang 39
Hình 2-36 Thiết bò hàn nhiệt Trang 42
Hình 2-37 Trạm chuyển tiếp Trang 46
Hình 2-38 Tay máy gắp hàng Trang 49
Hình 2-39 Thiết bò dập chi tiết Trang 52

Hình 3-1 Các phần tử của mạch điều khiển Trang 59
Hình 3-2 Hệ thống điều khiển điện khí nén Trang 59
Hình 3-3 Ký hiệu các loại điều khiển Trang 60
Hình 3-4 Công tắc Trang 60
Hình 3-5 Nút nhấn Trang 61
Hình 3-6 Rơ le đóng mạch Trang 61
Hình 3-7 Rơ le thời gian tác động muộn Trang 62
Hình 3-8 Rơ le thời gian nhả muộn Trang 62
Hình 3-9 Công tắc hành trình điện cơ Trang 62
Hình 3-10 Công tắc hành trình nam châm Trang 62
Hình 3-11 Cảm biến cảm ứng từ Trang 63
Hình 3-12 Cảm biến điện dung Trang 63
Hình 3-13 Cảm biến quang Trang 63
Hình 3-14 Phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén – điện Trang 64


II . TẦM QUAN TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN

III . ƯU – NHƯC ĐIỂM CỦA KHÍ NÉN

IV . MỤC ĐÍCH YÊU CẦU – GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .
I. Đặt vấn đề:

Khí nén là một khái niệm đã có từ rất lâu, trước Công nguyên, khí nén đã
được biết đến với một vài ứng dụng trong chế tạo vũ khí. Từ những năm 140 TCN,
con người đã biết chế tạo ra thiết bò bắn tên hay ném đá ứng dụng nguyên lý khí nén.
Tuy nhiên do sự phát triển khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ, không

_ Các dụng cụ, thiết bò, máy va đập trong lónh vực khai thác than, khai thác
đá hoặc trong các công trình xây dựng.
_ Truyền động quay với công suất lớn bằng khí nén giá thành rất cao, cao
hơn từ 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại, thể tích và năng lượng chỉ
bằng 2/3 như những dụng cụ vặn vít, máy khoan, máy mài là những dụng cụ có khả
năng sử dụng truyền động bằng khí nén.
_ Truyền động thẳng: các đồ gá kẹp chi tiết, các thiết bò đóng gói các thiết
bò máy gia công, các thiết bò làm sạch hay các hệ thống phanh hãm của ôtô.
_ Trong các hệ thống đo đạc và kiểm tra chất lượng sản phẩm.

III. Ưu – nhược điểm của khí nén:

1./ Ưu điểm :

_ Có khả năng trích chứa để thành lập trạm trích chứa khí nén.
_ Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất trên đường dẫn thấp.
_ Không gây ô nhiễm môi trường.
_ Hệ thống phòng ngừa qúa áp suất giới hạn được đảm bảo.

2./ Nhược điểm :

_ Lực truyền tải trong thấp.
_ Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
_ Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.

IV. Mục đích yêu cầu – Giới hạn đề tài:

Trong giai đoạn hiện nay, Việt Nam đang tiến hành công cuộc công nghiệp
hóa đất nước, do đó vấn đề TỰ ĐỘNG HÓA trong sản xuất đang được đặt lên hàng


TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
BẰNG KHÍ NÉN

A . MÁY NÉN KHÍ – THIẾT BỊ PHÂN PHỐI KHÍ NÉN

B . CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

C . CƠ CẤU CHẤP HÀNH

D . THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN BẰNG BIỂU ĐỒ KARNAUGH

E . CÁC BÀI TẬP ÁP DỤNG
A. Máy nén khí – Thiết bò phân phối khí nén:

I. Máy nén khí:

1) Khái niệm: Máy nén khí là thiết bò 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:

a. Theo áp suất:
 Máy nén khí áp suất thấp: p  15 bar
 Máy nén khí áp suất cao: p  15 bar

 Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây
chuyền hoặc trong máy móc thiết bò)

Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bò cho phép tháo lắp
dễ dàng và nhanh chóng. Nối hệ thống đến các thiết bò 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.

B. Các phần tử trong hệ thống điều khiển:

I ./ 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:

_ Phần tử đưa tín hiệu : nhận những giá trò 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.
_ Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất
đònh, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết
lưu, van logic OR hoặc AND.
_ 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.

II. Van đảo chiều:

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

1) Ký hiệu của van đảo chiều:

Vò trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái


Bên trong ô vuông của mỗi vò trí là các đường mũi tên biểu diễn hướng
chuyển động của dòng khí nén qua van. Khi dòng bò chặn thì được biểu diễn bằng dấu
gạch ngang.
Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều:
Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 trong đó:
5 : chỉ số cửa
2 : chỉ số vò trí

Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều: a
b
Hình 2-2 Kí hiệu cửa xả khí

Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vò trí ‘không’)
hay chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vò trí ‘không’).

a. Tác động bằng tay:
b. Tác động bằng cơ:
c. Tác động bằng khí nén:


Hình 2-5 Tín hiệu tác động

3) Van đảo chiều có vò trí ‘không’:

Van đảo chiều có vò trí ‘không’ là loại van tác động bằng cơ – lò xo và ký
hiệu lò xo nằm ngay vò trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van. Tác động
lên phía đối diện nòng van là tín hiệu tác động bằng cơ, khí nén hay bằng điện. Khi
chưa có tín hiệu tác động, vò trí của các cửa nối được biểu diễn trong ô vuông phía
bên phải đối với van đảo chiều 2 vò trí. Còn đối với van đảo chiều 3 vò trí thì vò trí
‘không’ nằm ở giữa.

Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện: Hình 2-6 Van đảo chiều 2/2

Van có 2 cửa P và R, 2 vò trí 0 và 1. Tại vò trí 0, cửa P và R bò chặn. Khi cuộn
Y có điện, từ vò trí 0 van chuyển sang vò trí 1, cửa P nối với cửa R. Khi cuộn Y mất
điện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vò trí ban đầu.

4) Van đảo chiều không có vò trí ‘không’:

Khi không có tín hiệu tác động lên đầu nòng van nữa, thì vò trí của van vẫn
được giữ nguyên đợi tín hiệu tác động từ phía nòng van đối diện. Vò trí tác động kí
hiệu a , b, c, …


_ Van Logic (OR , AND )
_ Van xả khí nhanh

1) Van một chiều: Van một chiều có tác dụng chỉ cho dòng khí nén đi qua
một chiều( từ A qua B) , chiều ngược lại bò chặn.
Ký hiệu : Hình 2-8 Ký hiệu van một chiều

2) Van logic OR: Khi có dòng khí nén vào từ P1 thì cửa P2 bò chặn và cửa
P1 nối với cửa A. Ngược lại khi dòng khí nén vào P2 thì cửa P1 bò chặn,
cửa P2 nối với cửa A. Ký hiệu :

Hình 2-9 Ký hiệu van logic OR
A
A
B
A
P
2

P
1


IV. Van tiết lưu:

Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghóa là thay
đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành.

1) Van tiết lưu có tiết diện không đổi: Khe hở của van có tiết diện không
thay đổi, do đó lưu lượng dòng chảy không thay đổi.
Ký hiệu:
Hình 2-12 Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi
2) Van tiết lưu có tiết diện thay đổi: Lưu lượng dòng chảy qua van thay đổi
được nhờ vào một vít điều chỉnh làm thay đổi tiết diện của khe hở.

Ký hiệu:
A
P
2

P
1

P
A
R


1) Van an toàn: Bình thường khi áp suất nhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho
phép, cửa R bò chặn, nhưng khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép, cửa R
mở ra, khí nén từ cửa P theo cửa R thoát ra ngoài.

Ký hiệu :

Hình 2-16 Van an toàn

2) Van tràn: Nguyên tắc họat động tương tự như van tràn, nhưng khi áp
suất bằng hoặc lớn hơn áp suất cho phép thì cửa P nối với cửa A.

Ký hiệu :


A
B
A



B
P(1)
R(3)

A
P(1)

Cửa nối U sẽ nối với một đóa hút làm bằng nhựa tổng hợp hoặc bằng cao su.

Lực hút chân không:

P
R
U
D
p
D
F 
4
.14,3
2
ua
PPp 
A
Z
P
R



Ký hiệu:
Hình 2-20 Cảm biến bằng tia phản hồi

3) Cảm biến bằng tia qua khe hở: Cảm biến bằng tia qua khe hở gồm 2 bộ
phận: bộ phận phát và bộ phận nhận. Bộ phận phát và bộ phận nhận có
cùng áp suất p khoảng 150 mbar. Nhưng trong một số ứng dụng, áp suất
của bộ phận phát có thể là 4 bar và áp suất của bộ phận nhận là 0,5 bar.
Trục của cơ cấu phát và cơ cấu nhận phải lắp ráp thật đồng tâm.
Ký hiệu: Hình 2-21 Cảm biến bằng tia qua khe hở

X
P
P
X
P
X
P

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



A
T
T
T



S
3


Nút ngắt
Công tắc chọn chế độ làm việc
(bằng tay hoặc tự động)
Nút tự động
Nút ấn
Đèn báo hiệu
Nút ấn tác động đồng thời
Liên kết OR có một
nhánh phủ đònh
Phần tử tín hiệu tác
động bằng cơ
Liên kết AND

Hình 2-23 Xilanh tác dụng đơn
a. chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực
b. chiều tác dụng ngược lại
do lò xo

2) Xilanh tác dụng 2 chiều (xilanh tác dụng kép): Áp suất khí nén được dẫn
vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh sẽ đi vào hay đi
ra tùy thuộc vào áp lực khí nén vào phía nào.
Ký hiệu:

Hình 2-24 Xilanh tác dụng kép

3) Xilanh quay :

b
a
Kí hiệu chung
Kí hiệu theo yêu
cầu đặc biệt
Hình biểu diễn biểu tượng của xilanh quay. Hai ngõ vào điều khiển để điều
khiển piston có răng di chuyển qua lại. Khi cần piston di chuyển sẽ ăn khớp với một
bánh răng làm bánh răng quay. Trục bánh răng sẽ được dùng để gắn cơ cấu chuyển
động.
Ký hiệu :

_ Gây tiếng ồn lớn khi xả khí

Ký hiệu:

a.
b. Hình 2-27 Ký hiệu động cơ khí nén
a. Động cơ quay một chiều
b. Động cơ quay hai chiều
Động cơ khí nén trong thực tế có các loại sau đây:
_ Động cơ bánh răng
_ Động cơ trục vít
_ Động cơ cánh gạt
_ Động cơ piston hướng kính
_ Động cơ dọc trục
_ Động cơ tuabin
_ Động cơ màng

D. 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 lónh 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

a
2

a
1

B
b
2

b
1

Phương pháp thiết lập biểu đồ trạng thái đã được nêu ở phần B mục VIII.
Dựa vào biểu đồ trạng thái ta sẽ liệt kê các bước thực hiện và ứng với từng bước là
các biến tác động. Từ đó ta xây dựng các hàm chuyển động của cơ cấu chấp hành.

Ví dụ :


4) Thiết lập biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm:

Phương pháp thiết lập biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm hoàn toàn tương tự
như trong kỹ thuật số.
Sau khi đã có hàm điều khiển, ta sử dụng các van chức năng cũng như van
logic để thành lập mạch điều khiển cho cơ cấp chấp hành.
Những vấn đề nêu trên sẽ được sáng tỏ hơn khi thực hiện việc thiết kế những
mạch khí nén trong phần bài tập.

E. Các bài tập áp dụng : (trang sau)



1
2
3
A
a
1






51
B
a
2


a
2

b
1+A
-A
-B
+B
BÀI TẬP 1
THIẾT BỊ PHÂN LOẠI

I. Mục đích – yêu cầu:

 Sự phát động trực tiếp của một xilanh tác dụng đơn.
 Sử dụng van 3/2 tác dụng bằng tay (nút nhấn).
 Kết nối và điều chỉnh van tiết lưu một chiều.
 Kết nối đồng hồ áp suất để đo áp suất.

II. Mô tả yêu cầu điều khiển:

Khi phát hiện một sản phẩm bò lỗi trên băng tải , người công nhân sẽ tác
động lên một nút nhấn, khi đó, xilanh 1.0 đi ra đẩy sản phẩm này sang một băng tải
khác. Sự chuyển động về phía trước của xilanh tác dụng đơn mất 0,4s. Khi thả nút
nhấn ra, piston lập tức trở lại vò trí ban đầu. Hai áp kế được gắn phía trước và phía sau
van điều chỉnh áp suất để kiểm tra áp suất trong quá trình xilanh chuyển động.



IV. Kết luận:

_ Qua bài thí nghiệm này, ta khảo sát được một thiết bò mới: van tiết lưu một
chiều.
_ Thông qua bài thí nghiệm, rút ra được mối quan hệ giữa áp suất và vận tốc
của cơ cấu chấp hành và cách thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành.

V. Bài giải:

1. Biểu đồ trạng thái: 2. Mạch khí nén: