Thiết kế mạch khí nén theo phương pháp chia nhóm tự do

1. Chuỗi có 2 xylanh

Thiết kế mạch khí nén và điện – khí nén cho chuỗi xylanh có hành trình như sau:

A+ B+ B- A-

1.1. Chia chuỗi thành các nhóm

Để thiết kế mạch khí nén thông thường chúng ta nhìn vào chuỗi và chia nhỏ ra thành từng nhóm cụ thể. Dựa vào hành trình xylanh ra hay vào mà chúng ta chia nhóm.

Dựa vào chuỗi A+ B+ B- A-, ta có thể chia làm 2 nhóm:

A+ B+ / B- A-

Nhóm 1: A+ B+
Nhóm 2: B- A-

Lưu ý: Một xylanh không thể thực hiện cùng lúc hành trình ra vào, nếu như gặp chuỗi như vậy thì chúng ta hãy sử dụng van chuyển đổi trạng thái chẳng hạn như van 5/2 (van 5 cửa, 2 trạng thái).

Hình 1. Van 5 cửa 2 trạng thái.

1.2. Tiến hành thiết kế

1.2.1. Vẽ các thiết bị cần cho mạch

Bước 1: Vẽ xylanh và van 5/2 để điều khiển xylanh (lưu ý có thể lấy thêm van điều chỉnh lưu lượng để điều chỉnh tốc độ piston).
Bước 2: Lấy thêm van 3/2 (3 cửa, 2 trạng thái) và cài đặt kiểu đầu bánh xe có lò xo đặt ở vị trí như hình 2.

Hình 2. Một hệ thống xylanh.

Lưu ý: Chuỗi khí nén có bao nhiêu xylanh thì ta vẽ bấy nhiêu bộ hệ thống như hình 2.

1.2.2. Tiến hành nối dây

Nhìn vào từng nhóm mà ta tiến hành nối dây theo nguyên tắc “van 3/2 trước van 5/2 sau”.

Ví dụ:

Nhóm A+ B+ thì van 3/2 của A+ nối với van 5/2 của B+.
Nhóm B- A- thì van 3/2 của B- nối với van 5/2 của A-.

Lưu ý: Ta đặt nhút nhấn Start/Stop ngay vị trí giữa van cuối chuỗi và van đầu chuỗi.

Nối khí cho nhóm A+ B+/ B-.

Hình 3. Nối khí cho nhóm 1: A+ B+ / B-.

1.2.3. Mạch hoàn chỉnh

Hình 4. Sơ đồ khí nén A+ B+ B- A-.

Giải thích nguyên lý: Theo hình trên ta thấy:

Khi nhấn nút start khí sẽ được cấp từ van 5/2 trung gian vào van 5/2 của xylanh A làm van chuyển trạng thái và đồng thời khí được cấp cho xylanh A.
Khi đầu piston tới điểm A+ thì van 3/2 của A+ chuyển trạng thái, truyền tín hiệu đến van 5/2 của xylanh B làm van chuyển trạng thái và đồng thời cấp khí cho xylanh B.
Khi đầu piston tới điểm B+ thì van 3/2 của B+ chuyển trạng thái, truyền tín hiệu đến van 5/2 trung gian làm van chuyển trạng thái và đưa tín hiệu về van 5/2 của xylanh B làm van 5/2 của xylanh B chuyển trạng thái, xylanh B thực hiện hành trình đi vào.
Khi piston B đi qua van 3/2 của B- thi tín hiệu được truyền về van 5/2 của xylanh A làm van chuyển trạng thái và làm cho xylanh A thực hiện hành trình vào, chuỗi tiếp tục thực hiện khi ta không nhấn Stop.

Video mô phỏng nguyên lý:

1.3. Mạch Điện – Khí nén

1.3.1. Vẽ các thiết bị cần cho mạch

Bước 1: Vẽ xylanh và van 5/2 để điều khiển xylanh.
Bước 2: Cài đặt van điện cho van 5/2
Bước 3: Vẽ van điều chỉnh lưu lượng để điều chỉnh tốc độ piston.

Hình 5. Một hệ thống xylanh van điện.

Lưu ý: Chuỗi khí nén có bao nhiêu xylanh thì ta vẽ bấy nhiêu xylanh như hình 5.

1.3.2. Vẽ mạch điều khiển

Bước 1: Lấy nguồn +24V và 0V ra để cho mạch điều khiển hoạt động
Bước 2: Vẽ các nút nhấn Estop, Stop, Start cho mạch.
Bước 3: Vẽ van Solenoid và các relay thiết kế như mạch sau.

Hình 6. Mạch hoàn chỉnh.

Giải thích nguyên lý: Theo hình trên ta thấy:

Khi nhấn nút Start cuộn hút K1 hút tiếp điểm K1 luôn cấp điện cho mạch.
Điện cấp cho van Solenoid S1 làm van 5/2 của xylanh A chuyển trạng thái đồng thời khí cấp cho xylanh A đi ra.
Khi đầu piston của xylanh A đi đến hết hành trình thì tiếp điểm A+ đóng lại, điện được cấp cho van Solenoid S3, làm cho van 5/2 cùa xylanh B chuyển trạng thái đồng thời cấp khí cho xylanh B đi ra.
Khi đầu piston của xylanh B đi đến hết hành trình thì tiếp điểm B+ đóng lại đồng thời cấp điện cho cuộn hút K2 ngắt và đóng các tiếp điểm K2. Khi đó van S1 và van S3 phải mất điện để tránh trường hợp xung đột khí trên van 5/2.
Điện tiếp tục được cấp cho van S4 làm cho xylanh B đi vào.
Khi xylanh B đi vào hết hành trình thì tiếp điểm B- đóng lại, cấp điện cho van S2 làm cho xylanh A đi vào.
Khi xylanh A đi vào hết hành trình thì điện sẽ được cấp cho cuộn hút K3, tiếp điểm NC của K3 mở ra để ngừng cấp điện cho K1 và mạch tiếp tục lặp lại chuỗi.

Video mô phỏng nguyên lý:

2. Chuỗi có 3 xylanh

Thiết kế mạch khí nén và điện – khí nén cho chuỗi xylanh có hành trình như sau:

A+ B+ C+ C- B- A-

2.1. Chia chuỗi thành các nhóm

Dựa vào chuỗi A+ B+ C+ C- B- A-, ta có thể chia làm 2 nhóm:

A+ B+ C+ / C- B- A-

Nhóm 1: A+ B+ C+
Nhóm 2: C- B- A-

2.2. Tiến hành thiết kế

2.2.1. Vẽ các thiết bị cần cho mạch

Bước 1: Vẽ xylanh và van 5/2 để điều khiển xylanh (lưu ý có thể lấy thêm van điều chỉnh lưu lượng để điều chỉnh tốc độ piston).
Bước 2: Lấy thêm van 3/2 (3 cửa, 2 vị trí) và cài đặt kiểu đầu bánh xe có lò xo đặt ở vị trí như hình 2.

Lưu ý:

Chuỗi khí nén này có 3 xylanh thì ta vẽ 3 bộ hệ thống như hình 2.

2.2.2. Tiến hành nối dây

Nhìn vào từng nhóm mà ta tiến hành nối dây theo nguyên tắc “van 3/2 trước van 5/2 sau”.

Ví dụ:

Nhóm 1: A+ B+ C+ van 3/2 của A+ nối với van 5/2 của B+ và van 3/2 của B+ nối với van 5/2 của C+.
Nhóm 2: C- B- A- van 3/2 của C- nối với van 5/2 của B- và van 3/2 của B- nối với van 5/2 của A-.

Lưu ý:

Trong chuổi này giao giữa 2 nhóm là hành trình xylanh C ra rồi vào thế nên chúng ta dùng van 5/2 để chuyển đổi trạng thái của chúng. Bằng cách đấu van 3/2 của C+ với van 5/2 trung gian, rồi chúng ta lấy chân số 4 nối với van 5/2 của C-.
Ta đặt nhút nhấn Start/Stop ngay vị trí giữa van cuối chuỗi và van đầu chuỗi.

Hình 7. Nối khí cho nhóm 1 A+ B+ C+ / C-

2.2.3. Mạch hoàn chỉnh

Hình 8. Sơ đồ khí nén chuỗi A+ B+ C+ C- B- A-.

Giải thích nguyên lý: Theo hình trên ta thấy:

Khi nhấn nút start khí sẽ được cấp từ van 5/2 trung gian vào van 5/2 của xylanh A làm van chuyển trạng thái và đồng thời khí được cấp cho xylanh A.
Khi đầu piston tới điểm A+ thì van 3/2 của A+ chuyển trạng thái, truyền tín hiệu đến van 5/2 của xylanh B làm van chuyển trạng thái và đồng thời cấp khí cho xylanh B.
Khi đầu piston tới điểm B+ thì van 3/2 của B+ chuyển trạng thái, truyền tín hiệu đến van 5/2 của xylanh C làm van chuyển trạng thái và đồng thời cấp khí cho xylanh C.
Khi đầu piston tới điểm C+ thì van 3/2 của C+ chuyển trạng thái, truyền tín hiệu đến van 5/2 trung gian làm van chuyển trạng thái và đưa tín hiệu về van 5/2 của xylanh C làm van 5/2 của xylanh C chuyển trạng thái, xylanh C thực hiện hành trình đi vào.
Khi piston C đi qua van 3/2 của C- thi tín hiệu được truyền về van 5/2 của xylanh B làm van chuyển trạng thái và làm cho xylanh B thực hiện hành trình vào.
Khi piston B đi qua van 3/2 của B- thi tín hiệu được truyền về van 5/2 của xylanh A làm van chuyển trạng thái và làm cho xylanh A thực hiện hành trình vào, chuỗi tiếp tục thực hiện khi ta không nhấn Stop.

Video mô phỏng nguyên lý:

2.3. Mạch Điện-khí nén

2.3.1. Vẽ các thiết bị cần cho mạch

Bước 1: Vẽ xylanh và van 5/2 để điều khiển xylanh.
Bước 2: Cài đặt van điện cho van 5/2
Bước 3: Vẽ van điều chỉnh lưu lượng để điều chỉnh tốc độ piston.
Lưu ý: Chuỗi khí nén có 3 xylanh thì ta vẽ 3 xylanh như hình 5.

Hình 9. Hệ thống xylanh van điện.

2.3.2. Vẽ mạch điều khiển

Bước 1: Lấy nguồn +24V và 0V ra để cho mạch điều khiển hoạt động
Bước 2: Vẽ các nút nhấn Estop, Stop, Start cho mạch.
Bước 3: Vẽ van Solenoid và các relay thiết kế như mạch sau.

Hình 10. Mạch hoàn chỉnh.

Giải thích nguyên lý: Theo hình trên ta thấy:

Khi nhấn nút Start cuộn hút K1 hút tiếp điểm K1 luôn cấp điện cho mạch.
Điện cấp cho van Solenoid S1 làm van 5/2 của xylanh A chuyển trạng thái đồng thời khí cấp cho xylanh A đi ra.
Khi đầu piston của xylanh A đi đến hết hành trình thì tiếp điểm A+ đóng lại, điện được cấp cho van Solenoid S3, làm cho van 5/2 cùa xylanh B chuyển trạng thái đồng thời cấp khí cho xylanh B đi ra.
Khi đầu piston của xylanh B đi đến hết hành trình thì tiếp điểm B+ đóng lại, điện được cấp cho van Solenoid S5, làm cho van 5/2 của xylanh C chuyển trạng thái đồng thời cấp khí cho xylanh C đi ra.
Khi đầu piston của xylanh C đi đến hết hành trình thì tiếp điểm C+ đóng lại đồng thời cấp điện cho cuộn hút K2 ngắt và đóng các tiếp điểm K2. Khi đó van S1, van S3 và van S5 phải mất điện để tránh trường hợp xung đột khí trên van 5/2.
Điện tiếp tục được cấp cho van S6 làm cho xylanh C đi vào.
Khi xylanh C đi vào hết hành trình thì tiếp điểm C- đóng lại, cấp điện cho van S4 làm cho xylanh B đi vào.
Khi xylanh B đi vào hết hành trình thì tiếp điểm B- đóng lại, cấp điện cho van S2 làm cho xylanh A đi vào.
Khi xylanh A đi vào hết hành trình thì điện sẽ được cấp cho cuộn hút K3, tiếp điểm NC của K3 mở ra để ngừng cấp điện cho K1 và mạch tiếp tục lặp lại chuỗi.

Video mô phỏng nguyên lý: