Thiết kế mạch khí nén theo phương pháp chia tầng

1. Nguyên tắc thiết kế

Nguyên tắc thiết kế mạch theo tầng là chia các bước thực hiện có cùng chức năng thành từng tầng riêng biệt, như vậy khi hoạt động thì nguồn cung cấp cho hệ đảo tầng chỉ có ở tầng đang thực hiện các chuyển động, còn các tầng khác thì không có nguồn. phần tử cơ bản của điều khiển theo tầng là phần tử nhớ- van đảo chiều 4/2 hoặc 5/2. điều khiển theo tầng là bước hoàn thiện của điều khiển tùy động theo hành trình.

1.1. Nguyên lý điều khiển theo tầng

Trong mạch điều khiển theo tầng gồm có hai nhóm

Nhóm cơ cấu chấp hành: gồm các xylanh tạo ra các chuyển động, các van đảo chiều, các công tắc hành trình để chuyển đổi chuyển động của các xylanh tương ứng.
Nhóm đảo tầng: Thực chất là các van 4/2 hoặc 5/2 duy trì.

Giả sử biểu đồ trạng thái được chia làm n tầng:

Đầu tiên nguồn ở nhóm đảo tầng sẽ ở tầng thứ n (tầng cao nhất).
Sau khi nhấn START nguồn sẽ chuyển đến tầng thứ 1, ở tầng này nguồn sẽ cung cấp cho các chuyển động trong tầng thứ 1, cuối tầng 1 sẽ tác động vào công tắc hành trình đảo tầng và nguồn sẽ chuyển lên tầng thứ 2, tương tự như tầng 1 nó sẽ cung cấp nguồn cho các chuyển động ở tầng 2 này. Tương tự cho đến khi nguồn chuyển đến tầng thứ n (tầng cao nhất).

Lưu ý : Tại một thời điểm chỉ tầng đang hoạt động là có nguồn, các tầng còn lại không có nguồn. Khi nguồn chuyển sang tầng kế tiếp thì nguồn ở tầng trước đó phải bị xóa.

1.2. Nguyên tắc chia tầng

Nếu ta ký hiệu các cơ cấu chấp hành bằng các mẫu tự A,B,C,D… và các chuyển động chạy ra được ký hiệu bởi dấu (+) và các chuyển động chạy vào mang dấu (–).

Lưu ý: Trong một tầng một xylanh không thể vừa đi ra , vừa đi vào.

VD : Chuyển đổi tầng cho các chuỗi trạng thái xylanh sau:A+ B+ B- A- ?

Theo nguyên tắc chia tầng ta thấy B + B – không thể chung một tầng được.Do đó mạch sẽ chia tầng từ đây, ta có mạch 2 tầng A+ B+/ B- A-

1.3. Biểu diễn hệ thống đảo tầng

Khi sơ đồ hành trình bước đã được chia ra làm n tầng, thì sẽ có (n-1) phần tử nhớ(n-1 van đảo tầng 5/2). Ký hiệu E1 là tín hiệu vào tầng 1, T1 là tín hiệu ra tầng 1, tương tự E2 là tín hiệu vào tầng 2, T2 là tín hiệu ra tầng 2…

Lưu ý :

Cách nối van tín hiệu liên kết với nhau dựa trên nguyên tắc tín hiệu vào của tầng này được lấy từ tín hiệu ra của tầng trước.
VD: Mạch có 2 tầng thì T2 (tín hiệu đầu ra tầng 2) sẽ cấp tín hiệu cho E1 (tín hiệu đầu vào tầng 1).
Sơ đồ mạch có tất cả n tầng, thì sẽ có (n-1) van chuyển tín hiệu đảo tầng 4/2 hoặc 5/2.
Mạch không cần van đảo khi số tầng n = 1.

Số tầng n = 2

Hình 1. Sơ đồ van đảo chiều 2 tầng.

Số tầng n = 3

Hình 2. Sơ đồ van đảo chiều 3 tầng.

Số tầng n =4

Hình 3. Sơ đồ van đảo chiều 4 tầng.

1.4. Các bước thực hiện

Bước 1. Lập biểu đồ trạng thái.

Bước 2. Chia tầng điều khiển.

Bước 3. Xác định các tín hiệu điều khiển, các công tắc hành trình.

Bước 4. Vẽ sơ đồ mạch:

Mạch động lực.
Mạch đảo tầng.
Mạch điều khiển.

Lưu ý:

Công tắc hành trình nào nằm giữa ranh giới 2 tầng, sẽ là tín hiệu đảo tầng phía sau.
Trong thiết kế theo tầng, tất cả các công tắc hành trình đều sử dụng để tác động 2 chiều.
Vị trí các công tắc hành trình là max, min.
Trước khi mô phỏng chuỗi khí nén phải tiến hành cài đặt các trạng thái ban đầu cho từng xylanh.

2. Bài tập thực hành thiết kế mạch điều khiển khí nén theo tầng

Bài 1. Thiết kế mạch điều khiển khí nén

A+ B+ A- B-

Bước 1. Lập biểu đồ trạng thái

Hình 8. Sơ đồ trạng thái và các tầng điều khiển.

Bước 2. Chia tầng điều khiển

Hình 8. Sơ đồ trạng thái và các tầng điều khiển.

Hệ thống chia làm 2 tầng nên ta sử dụng 1 van 5/2 làm van chuyển đổi trạng thái. Ta chia tầng như Hình 1.

Các giá trị S1, S2, S3, S4 chính là các công tắc hành trình tác động của xylanh.

Bước 3. Xác định các tín hiệu điều khiển và công tắc hành trình

Bước 3.1. Tín hiệu điều khiển cho từng xylanh.

I	II	III	IV
A+	A-	B+	B-
T1	T2	T1xS4	T2xS1

Bước 3.2. Bảng tín hiệu điều khiển theo tầng.

T1	T2
E1 = T2xStartxS3	E2 = T1xS4

Bước 4. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch khí nén.

Hình 6. Sơ đồ hoàn thiện chuỗi khí nén A+ B+ A- B- .

Video mô phỏng chuỗi khí nén

Bài 2: Thiết kế chuỗi khí nén

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

Bước 1. Lập biểu đồ trạng thái.

Hình 7. Biểu đồ trạng thái tác động của xylanh..

Bước 2. Chia tầng điều khiển.

Hình 8. Sơ đồ trạng thái và các tầng điều khiển.

Hệ thống chia làm 4 tầng nên ta sử dụng 3 van 5/2 để làm van chuyển đổi trạng thái.Ta chia tầng như Hình 3.

Các giá trị S1, S2, S3, S4, S5, S6 chính là các công tắc hành trình tác động của xylanh.

Bước 3. Xác định các tín hiệu điều khiển, các công tắc hành trình.

Bước 3.1. Tín hiệu điều khiển cho từng trạng thái của xylanh.

I	II	III	IV	V	VI
A+	A-	B+	B-	C+	C-
T1	T2	T2xS1	T3	T3xS3	T4

Bước 3.2. Bảng tín hiệu điều khiển theo tầng.

Tầng 1	Tầng 2	Tầng 3	Tầng 4
E1 = T4xStartxS5	E2 = T1xS2	E3 = T2xS4	E4 = T3xS6

Bước 4. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch khí nén.

Hình 9. Sơ đồ hoàn thiện chuỗi khí nén A+ A- B+ B- C+ C-.

Video mô phỏng chuỗi khí nén