Tài liệu TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG – TỰ ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG – TỰ ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 1.1. Định nghĩa, các thành phần cơ bản, sơ đồ khối của hệ truyền động khí nén 1.1.1. Định nghĩa Hệ truyền động khí nén (TĐKN) là một tập hợp tất cả các máy móc, thiết bị, phần tử, chi tiết và cụm chi tiết… khí nén được lắp nối với nhau theo một sơ đồ nhất định (sơ đồ nguyên lý) nhằm đảm bảo các chuyển động định trước của cơ cấu chấp hành ở đầu ra nối với bộ phận công tác bên ngoài. Trừ thiết bị nguồn (tạo ra nguồn khí nén với áp suất và lưu lượng nhất định để cấp vào hệ thống), tất cả các thành phần còn lại của hệ truyền động có thể gọi chung là các thiết bị tiêu thụ khí nén. 1.1.2. Các thành phần cơ bản của hệ truyền động khí nén Một hệ truyền động khí nén bất kỳ có 04 (bốn) thành phần cơ bản, bao gồm: + Thiết bị nguồn (tạo ra nguồn khí nén với áp suất và lưu lượng nhất định cấp vào hệ thống), thiết bị tạo nguồn khí nén là các loại máy nén khí (hoặc quạt) khác nhau; + Cơ cấu chấp hành khí nén – là các động cơ khí nén (thực hiện chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay để thắng tải công nghệ bên ngoài; + Các phần tử phân phối, điều khiển, điều chỉnh, bao gồm tất cả các loại van, khóa, phần tử tự động, phần tử logic, phần tử thuật toán, bộ trễ… trong đó quan trọng nhất là các van phân phối trực tiếp điều khiển hoạt động của các cơ cấu chấp hành khí nén; + Đường ống và các thiết bị đường ống khí nén (tức các thiết bị lắp trên đường ống nhằm mục đích tạo thuận tiện cho việc khai thác sử dụng hoặc phần nào góp phần vào việc tăng chất lượng làm việc của hệ truyền động khí nén nhưng không tham gia vào việc tạo lập cũng như thay đổi nguyên lý hoạt động cơ bản của nó). Ví dụ về thiết bị đường ống như áp kế – để đo báo và chỉ thị giá trị áp suất, rôtamét – để đo báo và chỉ thị giá trị lưu lượng khí nén, các loại bộ lọc, bộ giảm âm, thiết bị sấy khô, thiết bị làm mát khí nén… 1.1.3. Sơ đồ khối của hệ truyền động khí nén Theo những phân tích ở trên, sơ đồ khối của một hệ truyền động khí nén công nghiệp có thể được biểu diễn như trên hình 1.1. Đường ống khí nén Từ khí quyển MÁY NÉN KHÍ VAN PHÂN PHỐI CCCH KHÍ NÉN Xả ra khí quyển Hình 1.1. Sơ đồ khối của hệ truyền động khí nén công nghiệp Trong sơ đồ khối ở trên thể hiện cả các đường ống hút và xả khí nén. Tuy nhiên, do chất lỏng công tác trong các hệ truyền động khí nén là không khí lấy từ môi trường khí quyển vào, được nén dưới một áp suất nhất định để sử dụng trong hệ thống và khi xả ra lại xả thẳng vào khí quyển. Vì vậy, trong các hệ truyền động khí nén không cần các đường ống xả (trong các sơ đồ cũng không cần thể hiện) và trên thực tế ta có thể cho xả khí từ bất cứ điểm nào trong hệ thống ra ngoài khí quyển. Ngoài ra, trong công nghiệp, nguồn khí nén được cấp tập trung theo hệ thống đường ống tới các phân xưởng và tới tận từng vị trí làm việc. Các thiết bị sử dụng khí nén có thể nối vào các điểm chờ được bố trí sẵn; còn máy nén khí và các bình tích khí, các thiết bị của trạm nguồn khí nén thường được đặt tại một khu vực riêng biệt bên ngoài các phân xưởng để giảm ồn và an toàn hơn cho các khu vực sản xuất. Vì vậy, trong các sơ đồ các hệ truyền động khí nén cũng không cần thể hiện thiết bị nguồn khí nén (máy nén khí) mà chỉ cần chỉ ra điểm đấu nối với nguồn khí nén cao áp được cấp tới theo hệ thống lưới khí nén (tương tự hệ thống lưới điện). 1.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động khí nén Sơ đồ nguyên lý của một hệ truyền động khí nén là một sơ đồ thể hiện dưới dạng quy ước cấu trúc (tức cấu tạo gồm các loại phần tử, thiết bị khí nén gì, số lượng, chủng loại, cách lắp nối chúng) và nguyên lý hoạt động của hệ truyền động mà nó mô tả (xem ví dụ trên hình 1.2). Các ký hiệu quy ước được sử dụng để xây dựng các sơ đồ nguyên lý khí nén là các ký hiệu dạng đồ họa – hình vẽ (bảng ký hiệu quy ước các phần tử, thiết bị khí nén công nghiệp cho trong phần phụ lục). Bằng sơ đồ nguyên lý khí nén ta có thể phân tích được hoạt động của hệ truyền động khí nén. Sơ đồ nguyên lý khí nén cũng là một công cụ dùng để kiểm tra, sửa chữa, hiệu chỉnh làm việc của hệ truyền động, đồng thời nó cũng cho phép ta thực hiện các công việc tính toán (tĩnh), thiết kế, xây dựng và lắp ráp một hệ truyền động khí nén kỹ thuật cụ thể. Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động khí nén có một cơ cấu chấp hành 1.3. Hệ truyền động khí nén cơ sở Hệ truyền động khí nén cơ sở là một hệ truyền động (khí nén) chỉ có 01 (một) cơ cấu chấp hành khí nén kiểu xy lanh – pít tông tác động hai phía, hoạt động được điều khiển bởi 01 (một) van phân phối khí nén – loại van 4/2 (4/3) hoặc van 5/2 (5/3) điều khiển hai phía bằng khí nén; vị trí của pít tông trong hành trình làm việc được báo bởi 02 (hai) hoặc tối đa là 03 (ba) công tắc hành trình – sử dụng loại van 3/2 thường ngắt, điều khiển cơ (dạng cam – con lăn). Sử dụng khái niệm về hệ truyền động khí nén cơ sở, ta có thể dễ dàng phân tích hoạt động của một hệ truyền động khí nén phức tạp có nhiều cơ cấu chấp hành bằng cách phân nó ra thành nhiều hệ truyền động cơ sở mà việc phân tích hoạt động của từng hệ cơ sở như vậy lúc nào cũng có thể thực hiện được một cách dễ dàng. Khái niệm về hệ truyền động khí nén cơ sở có thể mở rộng cho cả các hệ truyền động khí nén điều khiển bằng điện; khi đó, trong hệ truyền động sử dụng các van phân phối khí nén điều khiển bằng điện và các công tắc hành trình điện loại thường ngắt. Trên hình 1.3 là sơ đồ nguyên lý của một số loại hệ truyền động khí nén cơ sở thường gặp trong thực tế. 1.4. Các phương pháp điều khiển các hệ truyền động khí nén 1.4.1. Điều khiển theo vị trí Phương pháp điều khiển hoạt động của hệ truyền động khí nén theo vị trí (hay từ “điểm” đến “điểm”) được sử dụng khá rộng rãi khi người vận hành chỉ quan tâm tới các vị trí đến của các cơ cấu chấp hành trong các hành trình làm việc của chúng. Để hiện thực hóa phương pháp điều khiển này, trong hệ truyền động sử dụng các công tắc hành trình (hay còn gọi là các cảm biến vị trí) để kiểm soát và báo vị trí tới của cơ cấu chấp hành khí nén trong các hành trình làm việc. Các công tắc hành trình được sử dụng có thể là loại cơ – khí nén (các van phân phối khí nén điều khiển cơ), các loại công tắc hành trình điện, điện dung, từ, quang… tùy thuộc vào loại hệ truyền động khí nén được sử dụng. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ sử dụng, tin cậy (đặc biệt cho các hệ truyền động khí nén làm việc theo chu trình công nghệ xác định với nhiều bước công nghệ khác nhau mà mỗi bước tiếp theo chỉ được phép bắt đầu khi mà bước trước đó đã thực sự kết thúc). Ví dụ về hệ truyền động khí nén điều khiển theo vị trí sử dụng các công tắc hành trình là các van phân phối khí nén 3/2 thường ngắt, điều khiển cơ dạng cam – con lăn trình bày trên hình 1.4. VỚI HAI CẢM BIẾN VỊ TRÍ VỚI BA CẢM BIẾN VỊ TRÍ Hình 1.3. Các loại hệ truyền động khí nén cơ sở thường gặp Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động khí nén điều khiển theo vị trí 1.4.2. Điều khiển theo áp suất Phương pháp điều khiển hoạt động của các hệ truyền động khí nén theo áp suất được sử dụng khi có những yêu cầu bắt buộc phải đảm bảo giá trị của áp suất làm việc. Đây cũng chính là các điều kiện về an toàn và công nghệ cho hoạt động bình thường của hệ truyền động khí nén. Để hiện thực hóa phương pháp điều khiển này, trong hệ truyền động khí nén sử dụng các loại van điều chỉnh áp suất p để chỉnh đặt các giá trị áp suất làm việc cần cho các cơ cấu chấp hành. Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động khí nén điều khiển theo áp suất Trong phương pháp điều khiển theo áp suất này, cũng có thể sử dụng các van điều chỉnh áp suất để tạo lập các tần số làm việc khác nhau (theo áp suất) của cơ cấu chấp hành. Trong cả hai trường hợp vừa nêu của phương pháp điều khiển này, cần lưu ý, khi sử dụng các van điều chỉnh áp suất để đặt áp suất làm việc cho hệ thống thì điều đó đồng nghĩa với việc làm xuất hiện một độ trễ (về thời gian) nhất định do có hiện tượng tăng áp từ giá trị thấp hơn tới giá trị áp suất đặt. Người ta cũng có thể sử dụng các rơ le áp suất hoặc các công tắc áp suất (cấp tín hiệu điện ở đầu ra) trong phương pháp điều khiển này với mục đích cảnh báo, chuyển tiếp tín hiệu điều khiển hoặc ngắt hoạt động của hệ thống truyền động khí nén. 1.4.3. Điều khiển theo thời gian Phương pháp điều khiển theo thời gian được sử dụng để điều khiển hoạt động của các hệ truyền động khí nén khi có yêu cầu về việc giữ chậm trong các bước công nghệ hoạt động của chúng, ví dụ, để chỉnh phôi của máy dập trước khi hoạt động, để tạo thời gian cho tăng áp đủ để thắng tải công nghệ, để đảm bảo an toàn, để tạo nhịp làm việc hoặc ngắt hoạt động của hệ thống… Để hiện thực hóa phương pháp điều khiển này, trong hệ truyền động khí nén sử dụng các bộ trễ (hay các rơ le thời gian) khí nén cho phép điều khiển hoạt động của hệ truyền động một cách linh hoạt hơn nhiều. Ví dụ về hệ truyền động khí nén điều khiển theo thời gian sử dụng bộ trễ khí nén t trình bày trên hình 1.6. Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động khí nén điều khiển theo thời gian 1.5. Hệ truyền động – tự động khí nén làm việc theo chu trình 1.5.1. Định nghĩa Khái niệm về hệ truyền động – tự động (TĐ – TĐ) so với các hệ truyền động thông thường được hiểu như là một hệ truyền động mà sau khi ta khởi động nó sẽ tự động hoạt động. Tuy nhiên, một hệ truyền động – tự động kỹ thuật cụ thể luôn được tính toán thiết kế và xây dựng để có thể làm việc theo một chu trình công nghệ xác định được định trước, tuân thủ một cách nghiêm ngặt trình tự thực hiện các bước công nghệ có trong chu trình. Nói cách khác, các hệ truyền động – tự động đó thực chất là các hệ truyền động – tự động làm việc theo chu trình. Từ những diễn giải trên, ta có thể định nghĩa hệ truyền động – tự động khí nén làm việc theo chu trình như sau: Hệ truyền động – tự động khí nén (TĐ – TĐ KN) làm việc theo chu trình là một hệ truyền động – tự động mà sau khi ta khởi động nó sẽ tự động làm việc, thực hiện một cách tuần tự, liên tục, nhắc lại từng bước công nghệ một, từ bước đầu tiên cho tới bước cuối cùng của chu trình công nghệ được áp đặt và khi kết thúc bước cuối thì lại quay trở lại bước đầu; hệ truyền động chỉ dừng hoạt động khi có tín hiệu báo dừng hoặc khi có sự cố phá hủy hoạt động bình thường của nó. 1.5.2. Các chế độ làm việc của hệ truyền động – tự động khí nén làm việc theo chu trình + Chế độ điều khiển bằng tay hoạt động của hệ truyền động cho phép điều khiển độc lập, cục bộ đến từng hành trình làm việc của từng cơ cấu chấp hành; chế độ này được sử dụng để sửa chữa, kiểm tra và hiệu chỉnh làm việc của từng cơ cấu chấp hành của hệ truyền động; + Chế độ bán tự động: ở chế độ điều khiển hoạt động này, sau khi được khởi động, hệ truyền động sẽ hoạt động, thực hiện hoàn chỉnh một chu trình công nghệ được áp đặt và sau khi kết thúc sẽ dừng lại ở trạng thái ban đầu để chờ lệnh điều khiển tiếp theo; chế độ làm việc này được sử dụng để kiểm tra và hiệu chỉnh chu trình công nghệ hoạt động của toàn hệ truyền động; + Chế độ tự động hoàn toàn: ở chế độ này, sau khi được khởi động, hệ truyền động – tự động sẽ tự động hoạt động, thực hiện một cách tuần tự, liên tục, nhắc lại từng bước công nghệ một, từ bước đầu tiên cho đến bước cuối cùng của chu trình công nghệ được áp đặt và khi kết thúc bước cuối lại quay trở lại thực hiện các bước từ đầu; chế độ làm việc này chính là chế độ chạy sản xuất của các hệ truyền động – tự động khí nén kỹ thuật trong thực tế. 1.6. Phương pháp mô tả hoạt động của các hệ truyền động – tự động khí nén làm việc theo chu trình bằng biểu đồ trạng thái 1.6.1. Định nghĩa Biểu đồ trạng thái của một hệ truyền động – tự động khí nén là một biểu đồ thể hiện dưới dạng quy ước giá trị của tất cả các tín hiệu điều khiển và trạng thái của tất cả các cơ cấu chấp hành của hệ truyền động trong từng bước công nghệ và trong toàn bộ chu trình công nghệ hoạt động được áp đặt. Tín hiệu điều khiển ở đây được hiểu là mọi tác động (điều khiển) xuất hiện tại từng bước công nghệ được xét và các tín hiệu điều khiển đó có thể được đưa vào từ bên ngoài hệ truyền động (ví dụ, từ các cảm biến vị trí, từ các khối điều kiện logic bổ sung…) hoặc cũng có thể là các tín hiệu điều khiển xuất hiện ngay bên trong hệ truyền động khi nó hoạt động. Bước công nghệ ở đây được hiểu là một khoảng thời gian xác định, trong đó diễn ra sự thay đổi giá trị của các tín hiệu điều khiển hoạt động của hệ truyền động hoặc trạng thái của các cơ cấu chấp hành hoặc cả hai. Chu trình công nghệ được hiểu là tập hợp toàn bộ các bước công nghệ theo một trình tự xác định mà khi hoạt động hệ truyền động bắt buộc phải thực hiện theo, từ bước đầu tiên cho tới bước cuối cùng rồi lặp lại. Trạng thái ban đầu (trạng thái đứng yên) của hệ truyền động – tự động được quy định là trạng thái khi chưa có bất cứ chuyển động của bất cứ cơ cấu chấp hành nào trong hệ thống (mặc dù khi đó có thể đã có các tác động – tín hiệu điều khiển) và thường được gọi là bước “0” quy ước. 1.6.2. Phương pháp xây dựng biểu đồ trạng thái Biểu đồ trạng thái của hệ truyền động – tự động khí nén được xây dựng dưới dạng bảng gồm các hàng và các cột; đường ranh giới giữa các hàng và đường ranh giới giữa các cột, tương ứng được gọi là các biên hàng và các biên cột (biên bước công nghệ); theo từng hàng, liệt kê toàn bộ các tín hiệu điều khiển và các cơ cấu chấp hành, còn theo từng cột liệt kê toàn bộ các bước công nghệ hoạt động của hệ truyền động (sử dụng các chữ số Ả Rập, bắt đầu từ số "0", 1, 2, 3…). Các ô giới hạn bởi các đường biên hàng và biên cột được gọi là các ô bước công nghệ và tại các ô bước công nghệ này ta ghi giá trị của các tín hiệu điều khiển hoặc biểu diễn trạng thái của các cơ cấu chấp hành tại từng thời điểm xét. Cách ghi giá trị các tín hiệu điều khiển và biểu diễn trạng thái của các cơ cấu chấp hành tại các ô bước công nghệ được thực hiện như sau: – Với tín hiệu điều khiển, nếu có – ghi 1, nếu không có – ghi 0; – Với trạng thái của cơ cấu chấp hành, quy ước biểu diễn như sau: + Có chuyển động – biểu diễn bằng một đường nghiêng; + Không có chuyển động (đứng yên) – biểu diễn bằng một đường bằng (trong trường hợp cơ cấu chấp hành là một xy lanh thì khi pít tông của nó dừng ở tận cùng trong – biểu diễn bằng một đường bằng phía dưới, còn ngược lại – bằng một đường bằng phía trên trong ô bước công nghệ tương ứng). Để tiện cho việc dẫn giải ta xét một ví dụ về hệ truyền động – tự động khí nén cụ thể có sơ đồ nguyên lý cho trên hình 1.4, biểu đồ trạng thái của nó được xây dựng và trình bày trên hình 1.7. 1.6.3. Hàm điều khiển và hàm trọng trạng thái của hệ truyền động – tự động + Hàm điều khiển F(i) của bước công nghệ (i) trong chu trình công nghệ hoạt động của một hệ truyền động – tự động khí nén là một biểu thức logic ghi lại toàn bộ các phép tính logic cần thực hiện để điều khiển hệ truyền động hoạt động đúng theo biểu đồ trạng thái cho tại bước công nghệ đó. Như vậy, biểu thức của hàm điều khiển hoạt động của hệ truyền động cho ở trên tại từng bước công nghệ có thể ghi như sau: F(0)  (1.6).(1.3).(1.2).(1.4) F(1)  (1.6).(1.3).(1.2).(1.4)  (1.6).(1.3).(1.2).(1.4) F(2)  (1.6).(1.3).(1.2).(1.4) Khi F(0) = 1 – hệ truyền động sẽ thực hiện bước công nghệ (0), nghĩa là đứng yên và không có chuyển động của pít tông mặc dù khi đó có tín hiệu tác động điều khiển của công tắc hành trình (1.6) do bị đầu cần pít tông đè; khi F(1) = 1 – hệ truyền động sẽ thực hiện bước công nghệ (1), có chuyển động đi ra của pít tông cho đến hết hành trình thì đầu cần pít tông đè lên công tắc hành trình (1.3), van phân phối đảo chiều và khi đó F(2) = 1 – hệ truyền động thực hiện bước công nghệ (2), có chuyển động đi vào của pít tông cho đến hết hành trình thì dừng lại. Nếu tiếp tục nhấn các công tắc (1.2) hoặc (1.4) tại vị trí cuối này thì chu trình hoạt động như trên của hệ truyền động sẽ được lặp lại. Hình 1.7. Biểu đồ trạng thái của hệ truyền động – tự động khí nén Rõ ràng, ứng với mỗi bước công nghệ cụ thể chỉ có một (và chỉ một mà thôi) hàm điều khiển xác định tương ứng cho bước đó; nếu giá trị của hàm điều khiển thay đổi thì điều đó đồng nghĩa với việc hệ truyền động chuyển sang một bước công nghệ mới tương ứng. Để hiểu rõ hơn tính chất này, ta cũng có thể sử dụng khái niệm về hàm trạng thái (hay hàm trọng trạng thái) của hệ truyền động – tự động. + Hàm trạng thái của hệ truyền động – tự động khí nén G(j) tại bước công nghệ (j) trong chu trình công nghệ hoạt động của nó là một biểu thức ghi lại dãy các giá trị nhị phân thực có của tất cả các tín hiệu điều khiển tại bước công nghệ đó; còn giá trị số thu được khi chuyển dãy giá trị nhị phân đó sang giá trị thập phân được gọi là trọng số của hàm trạng thái của hệ truyền động – tự động. Như vậy, biểu thức của hàm trạng thái và các giá trị trọng số tương ứng cho từng bước công nghệ hoạt động của hệ truyền động – tự động khí nén cho có thể viết như sau: G(0) = 1000 = 8 G(1) = 1010 = 10 G(2) = 0100 = 4 Để ý ta thấy, trọng số của các bước công nghệ khác nhau luôn có giá trị khác nhau và không bao giờ trùng lặp, đây chính là điều kiện cần và đủ để một hệ truyền động – tự động có chuyển động tường minh của các cơ cấu chấp hành và điều kiện này có thể được viết dưới dạng biểu thức sau: G(i) ≠ G(j) (cho các bước công nghệ i, j bất kỳ trong chu trình công nghệ hoạt động của hệ truyền động – tự động). Trong trường hợp xuất hiện các bước có giá trị trọng số trùng lặp, phải tìm cách đưa thêm các phần tử phụ hoặc phản hồi vào để sao cho bước có trọng số trùng lặp có thể phân được thành các bước khác nhau và khi tính lại các giá trị trọng số không còn bị trùng lặp ở các bước mới nữa. Từ những phân tích trên, có thể thấy biểu đồ trạng thái là một công cụ đủ mạnh (cùng với sơ đồ nguyên lý) dùng để phân tích hoạt động của các hệ truyền động – tự động khí nén nói riêng và các hệ truyền động nói chung. Biểu đồ trạng thái cho phép liên hệ giữa phần điều khiển và phần truyền động công suất của hệ truyền động (điều mà trong sơ đồ nguyên lý không thể hiện được). Với việc sử dụng biểu đồ trạng thái, ta có thể giải được cả bài toán tổng hợp hệ truyền động – tự động khí nén hoạt động theo các điều kiện và yêu cầu cho trước với nhiều phương án lựa chọn khác nhau tùy thuộc vào người thiết kế. 1.7. Sơ đồ logic điều khiển hoạt động của các hệ truyền động – tự động khí nén Sơ đồ logic điều khiển của hệ truyền động – tự động khí nén là một sơ đồ thể hiện dưới dạng quy ước cấu trúc phần tử (tức gồm các chủng loại, số lượng và cách lắp nối các phần tử) và các phép tính (hoặc biến đổi) logic cần thực hiện để điều khiển hệ truyền động hoạt động đúng theo biểu đồ trạng thái cho trước. Trong lý thuyết Truyền động – tự động khí nén cũng sử dụng các phần tử logic cơ bản như phủ định, khẳng định, nhân logic, cộng logic, các loại bộ trễ, bộ đếm… để xây dựng sơ đồ logic điều khiển cho hệ truyền động. Quy ước mỗi một tín hiệu điều khiển được hiện thực hóa bằng một phần tử logic cơ bản (khẳng định) và được biểu diễn bằng một ô vuông, trong đó ghi ngay tên của các tín hiệu điều khiển; tương tự, các phần tử logic cơ bản thực hiện các phép tính phủ định, cộng logic, nhân logic… cũng được biểu diễn bằng các ô vuông, trong đó ghi ngay ký hiệu các phép tính logic tương ứng mà nó thực hiện, ví dụ, với phần tử phủ định – ghi “–1”, với phần tử cộng logic – ghi “+”, với phần tử nhân logic – ghi “x”… Sơ đồ logic điều khiển được sử dụng như một công cụ (cùng với sơ đồ nguyên lý và biểu đồ trạng thái) để giải các bài toán tổng hợp điều khiển các hệ truyền động nói chung và các hệ truyền động – tự động khí nén nói riêng, đồng thời được coi là một công cụ đắc dụng cho những người làm nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế mới các hệ thống truyền động – tự động kỹ thuật (chi tiết hơn về phần này có thể tìm hiểu thêm trong tài liệu đã dẫn và các tài liệu tham khảo được liệt kê ở cuối sách). Áp dụng các kết quả vừa được trình bày để xây dựng sơ đồ logic điều khiển của hệ truyền động – tự động khí nén đã xét ở trên, kết quả thu được trình bày trên hình 1.8. Hình 1.8. Sơ đồ logic điều khiển hoạt động của hệ truyền động – tự động khí nén 1.8. Hệ truyền động – tự động khí nén điều khiển bằng điện a) b) c) d) Hình 1.9. Xây dựng biểu đồ trạng thái và sơ đồ logic điều khiển của hệ truyền động khí nén điều khiển bằng điện: a – Sơ đồ nguyên lý khí nén; b – Sơ đồ nguyên lý (điều khiển) điện; c – Biểu đồ trạng thái; d – Sơ đồ logic điều khiển Các hệ truyền động khí nén sử dụng các van phân phối khí nén điều khiển bằng điện để điều khiển hoạt động của các cơ cấu chấp hành khí nén được gọi chung là các hệ truyền động điện – khí nén. Trong thành phần của các hệ truyền động loại này, ngoài van phân phối điều khiển bằng điện, có thể còn sử dụng các công tắc hành trình điện, các công tắc áp suất, các bộ trễ và các phần tử chức năng điều khiển bằng điện khác... Để phân tích hoạt động của một hệ truyền động điện – khí nén, xây dựng biểu đồ trạng thái và sơ đồ logic điều khiển của hệ truyền động; ngoài sơ đồ nguyên lý khí nén, bắt buộc phải có thêm sơ đồ nguyên lý (điều khiển) điện. Các công việc sau đó được tiến hành bình thường như đối với các hệ truyền động khí nén thông thường đã được trình bày. Ví dụ, hệ truyền động khí nén điều khiển bằng điện có sơ đồ nguyên lý khí nén và sơ đồ nguyên lý (điều khiển) điện như trên hình 1.9 (a,b). Biểu đồ trạng thái và sơ đồ logic điều khiển hoạt động của nó được xây dựng và trình bày tương ứng trên hình 1.9 (c, d). 1.9. Các bài toán phân tích và tổng hợp các hệ truyền động – tự động khí nén 1.9.1. Bài toán phân tích hoạt động của hệ truyền động – tự động khí nén (bài toán nghịch) Dữ kiện cho của bài toán này là sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động khí nén đã có với yêu cầu là phân tích hoạt động của nó kèm theo các nhận xét và kết luận cần thiết. Các bước chính để thực hiện bài toán này như sau: + Bước 1: chú thích và giải thích chức năng của toàn bộ các phần tử có trong sơ đồ cho; + Bước 2: lập biểu đồ trạng thái đầy đủ mô tả hoạt động của hệ truyền động, viết các biểu thức xác định hàm điều khiển, hàm trọng trạng thái và xác định trọng số cho từng bước công nghệ, đồng thời kiểm tra điều kiện tường minh trong chuyển động của các cơ cấu chấp hành của hệ truyền động; + Bước 3: xây dựng sơ đồ logic điều khiển hoạt động của hệ truyền động; + Bước 4: đưa ra các nhận xét cần thiết về hệ truyền động khí nén cho. * Nhận xét ta thấy, bài toán phân tích hoạt động của một hệ truyền động – tự động khí nén luôn là một bài toán đơn trị. 1.9.2. Bài toán tổng hợp hệ truyền động – tự động khí nén (bài toán thuận) Bài toán tổng hợp một hệ truyền động – tự động khí nén kỹ thuật (gồm cả phần truyền động và phần điều khiển) là một bài toán thực tế đặt ra cho tất cả những người làm thiết kế và công nghệ. Dữ kiện của bài toán này thường được cho dưới dạng sau: + Cho trước các điều kiện làm việc và các yêu cầu công nghệ khác nhau mà hệ truyền động khí nén phải đáp ứng; + Cho trước trình tự hoạt động của hệ thống thiết bị công nghệ mà trong đó chỉ định sử dụng các hệ truyền động khí nén; + Cho trước các biểu thức quan hệ điều khiển, hoặc thậm chí là hàm điều khiển hoạt động của hệ truyền động khí nén cần xây dựng; + Cho trước biểu đồ trạng thái (rút gọn) mô tả hoạt động của hệ truyền động khí nén cần xây dựng; + Cho trước sơ đồ logic điều khiển hoạt động của hệ truyền động khí nén cần xây dựng… Cách thức chung để tiến hành tổng hợp các hệ truyền động khí nén kỹ thuật là phải phân tích kỹ các dữ kiện cho để có thể xác định chuẩn xác số cơ cấu chấp hành, số các phần tử điều khiển cần có và số các tín hiệu điều khiển chính để điều khiển hoạt động của hệ truyền động.