Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 1
CHƯƠNG I
DẪN NHẬP
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 2
I. 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 lónh 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.
II. 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
III. 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:

chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, kính mong q Thầy Cô cùng các
bạn sinh viên đóng góp ý kiến để xây dựng đề tài tốt hơn.
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 4
CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU VỀ
KHÍ NÉN
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 5
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
• Máy nén khí áp suất rất cao: p ≥ 300bar
b. 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.
II. 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.

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 o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …
Vò trí ‘không’ là vò trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài
vào. Đối với van có 3 vò trí, thì vò trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vò trí ‘không’. Đối
với van có 2 vò trí thì vò trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vò trí
bên phải ‘b’ là vò trí ‘không’.
Cửa nối van được ký hiệu như sau:
ISO 5599 ISO 1219
Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí) 1 P
Cửa nối làm việc
2 , 4, 6, … A , B , C, …
Cửa xả khí 3 , 5 , 7… R , S , T…
Cửa nối tín hiệu điều khiển
12 , 14… X , Y …
a o b ba
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 7
Trường hợp a là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí có
mối nối cho ống dẫn khí là trường hợp b.
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

a. Tác động bằng tay:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Kí hiệu nút nhấn tổng quát
Nút bấm
Tay gạt
Bàn đạp
b. Tác động bằng khí nén:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Trực tiếp bằng dòng khí nén vào
Trực tiếp bằng dòng khí nén ra
Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với
đường kính 2 đầu nòng van khác nhau
Gián tiếp bằng dòng khí nén ra qua van
phụ trợ
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 9
c. Tác động bằng cơ:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Đầu dò
Cữ chặn bằng con lăn , tác động 2 chiều
Cữ chặn bằng con lăn , tác động 1 chiều
Lò xo
Nút nhấn có rãnh đònh vò
d. Tác động bằng nam châm điện:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Trực tiếp
Bằng nam châm điện và van phụ trợ
Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể
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

A
R
1
0
P
Y
R
a
b
P
Y1
Y2
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 11
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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.
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.
Van logic AND:
Khi có dòng khí nén vào P1 thì P1 bò
chặn, và ngược lại khi có dòng khí nén
vào P2 thì P2 bò chặn. Chỉ khi nào cả P1
và P2 có dòng khí nén vào thì mới có khí
nén qua cửa A.

•
•
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 12
Có mối nối ren:
Không có mối nối ren:
Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng
tay:
Nguyên lý hoạt động tương tự như van
tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay, tuy
nhiên dòng khí nén chỉ có thể đi một
chiều từ A qua B , chiều ngược lại bò
chặn.
Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng
cữ chặn:
Dòng khí nén chỉ có thể đi một chiều
từ A sang B, tùy vào vò trí của cữ chặn mà
tiết diện của khe hở của van thay đổi, làm
cho lưu lượng dòng chảy thay đổi.
IV. Van áp suất:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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.
Van tràn:
Nguyên tắc họat động tương tự như
áp suất, nhưng khi áp suất bằng hoặc lớn

Nguyên lý hoạt động của van áp
suất điều chỉnh từ xa: khi có tín hiệu áp
suất Z tác động gián tiếp qua van tràn,
cửa P nối với cửa A.
V. Van chân không:
Van chân không là bộ phận có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực hút chân
không. Chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống Ventury.
Khí nén với áp suất p trong khoảng từ 1,5bar – 10bar sẽ theo ống Ventury theo cửa R
thoát ra ngoài. Tại phần cuối ống Ventury, chân không sẽ được tạo thành (cửa nối U).
Ký hiệu :
Cửa nối U sẽ nối với một đóa hút làm bằng nhựa tổng hợp hoặc bằng cao
su.
Lực hút chân không:
Trong đó : F : lực hút chân không (N)
D : Đường kính đóa hút (m)
P
a
: áp suất không khí ở đktc (N/m
2
)
P
u
: áp suất không khí tại cửa U (N/m
2
)
P
R
U
D
p

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.
VII. 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.
v 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.
v 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.
•
X
P
P
X
P
X
P
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 15
Ký hiệu biểu diễn trong biểu đồ trạng thái:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Công tắc ngắt khi nguy hiểm

Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng
một chiều) :
Áp lực khí nén chỉ tác dụng vào một
phía của xilanh, phía còn lại là do ngoại
lực hay lò xo tác dụng.
a. Chiều tác dụng ngược lại do ngoại
lực.
t
•
•
•
S
3
•
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 17
b. Chiều tác dụng ngược lại do lò xo.
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.
Xilanh quay :
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

_ Động cơ cánh gạt
_ Động cơ piston hướng kính
_ Động cơ dọc trục
_ Động cơ tuabin
_ Động cơ màng
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 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 đònh 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:
Như vậy ta có 4 biến như sau : a
1
, a
2
, b
1
, b
2
là các tiếp điểm hành trình.
2) Thiết lập biểu đồ trạng thái:
Dựa vào biểu đồ trạng thái ta sẽ liệt kê các bước thực hiện và ứng với từng

1
Xilanh B đi ra được điều khiển bởi hàm:
+B = a
2
.b
1
Xilanh B lùi về được điều khiển bởi hàm:
-B = a
2
.b
2
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.
l
l
l
1
2 3
A
a
1
l
l
l
l
l
5≡1

Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 20
CHƯƠNG III
GIỚI THIỆU VỀ
ĐIỆN - KHÍ NÉN
KẾT HP PLC
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng các bài thực tập Khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC
Giáo viên hướng dẫn: TRẦN MINH CHÁNH 21
I KHÁI NIỆM:
Điều khiển là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác dụng của một
hay nhiều đại lượng vào, các đại lượng ra thay đổi theo một quy luật nhất đònh của hệ
thống đó.
Một hệ thống điều khiển bao gồm:
Ví dụ : Ví dụ : Ví dụ :
_ Công tắc , nút bấm _ Van đảo chiều _ Xilanh
_ Công tắc hành trình _ Van chắn _ Động cơ khí nén
_ Cảm biến bằng tia _ Van tiết lưu _ Bộ biến đổi áp lực
_ Van áp suất
_ Phần tử khuếch đại
Hệ thống điện khí nén được biểu diễn một cách tổng quát theo hình dưới đây.
Mạch điều khiển thông thường là điện một chiều 24VDC.
U
VÀO
= 230 V / 50 Hz
I
VÀO
= 10 A
U
RA
= 24 V DC
I

nam châm điện cả hai phía
Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng
nam châm điện và khí nén
2) Các phần tử điện:
TÊN THIẾT BỊ KÝ HIỆU
Công tắc:
Trong điều khiển, công tắc, nút nhấn
là các phần tử đưa tín hiệu. Phần này giới
thiệu 2 loại công tắc thông dụng là công
tắc đóng mở và công tắc chuyển mạch.
Nút nhấn:
_ Nút nhấn đóng mở: bình thường 3 và 4
không nối với nhau, khi nhấn nút, 3 nối
với 4.
_ Nút nhấn chuyển mạch: thường có 2
tiếp điểm thường kín và thường hở. Khi
nhấn nút, tiếp điểm thường kín sẽ hở ra và
tiếp điểm thường hở sẽ kín lại
1
2
4
2
2
4
3
1
Công tắc đóng
mở
Công tắc chuyển
mạch

sau một khoảng thời gian ∆t, các tiếp
điểm K1 mới được tác động.
_ Rơle thời gian nhả muộn:
Khi ngừng cấp điện cho cuộn hút K
thì sau một thời gian ∆t các tiếp điểm K1
mới trở lại vò trí ban đầu.
1
2
4
6
14
22
32
42
3
5
13
21
31
41
Tiếp điểm chính Tiếp điểm phụ
1
2
3
4
A
1
A
2
K

Bình thường tiếp điểm 1 nối với 2, khi
con lăn chạm cữ hành trình, tiếp điểm 1
nối với 4.
a. Khi không tác động:
b. Khi có sự tác động:
Công tắc hành trình nam châm:
Công tắc hành trình nam châm thuộc
lọai công tắc hành trình không tiếp xúc.
Cảm biến cảm ứng từ:
Cảm biến cảm ứng từ hoạt động dựa trên
nguyên tắc cảm ứng điện từ. Với sự thay
đổi khoảng cách giữa cảm biến và vật sẽ
làm độ rộng xung của tín hiệu tại ngõ ra
thay đổi.
Cảm biến điện dung:
Khi có vật cản sẽ làm điện dung của
cảm biến thay đổi dẫn đến tần số riêng
của bộ dao động bên trong cảm biến thay
đổi,làm cho tần số tín hiệu ngõ ra của cảm
biến thay đổi.
Cảm biến quang:
Cảm biến quang gồm 2 bộ phận:
_ Bộ phận phát quang
_ Bộ phận nhận quang
Do sự bố trí của 2 bộ phận này mà ta
có 2 dạng cảm biến quang: cảm biến
quang 1 chiều và cảm biến quang phản
hồi. Bộ phận nhận quang sẽ nhận tín hiệu
quang từ bộ phận phát gửi về điều khiển.
•

Trong điều khiển, tín hiệu
điều khiển (áp suất khí nén) có
thể tác động trực tiếp lên màng
để đóng mở tiếp điểm.
Tín hiệu khí nén X tác động
lên màng làm thay đổi tiếp
điểm.
Hay kết hợp với phần tử
khuếch đại để thay đổi tiếp
điểm.
Phần tử chuyển đổi tín hiệu điện – khí nén:
Nguyên lý cơ bản của chuyển đổi tín hiệu điện khí nén là nam châm điện. Khi cấp
điện cho cuộn dây nam châm, lõi từ dòch chuyển sẽ làm thay đổi vò trí của nòng van,
thực hiện chức năng điều khiển.
III. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN:
1) Nguyên tắc thiết kế:
Một sơ đồ điều khiển điện - khí nén bao gồm 2 phần:
_ Sơ đồ mạch điện điều khiển.
_ Sơ đồ mạch khí nén.
Khi biểu diễn trên sơ đồ mạch điện điều khiển, các phần tử phải ở trạng thái
chưa có tín hiệu tác động vào.
• Sự liên hệ giữa 2 sơ đồ:
Trên sơ đồ mạch điện và sơ đồ mạch khí nén được ghi chú bằng các ký
hiệu số tương ứng của rơle trong mạch điều khiển và nam châm điện của
van đảo chiều hoặc rơle áp suất điện trong mạch khí nén.
2) Sơ đồ mạch điện điều khiển:
p(bar)
0
P
đóng