Giáo trình Điều khiển thủy lực I

ại thời điểm 
đó. Với thời gian tác động vào nút ấn càng nhỏ thì pittong dịch chuyển càng nhỏ và 
không thể đi ra hết quá trình trong một lần tác động. 
 7.4.3. Mạch trigơ một trạng thái bền: 
Mạch tạo xung vuông từ tín hiệu bất kỳ: 
Trái ngược với mạch tạo xung vuông từ tín hiệu sin. Mạch tạo xung từ tín hiệu bất 
kỳ được dùng rộng rãi trong kỹ thuật số, chúng được dùng để tạo ra các xung tín hiệu số 
cho các mạch xử lý dạng số từ các tín hiệu tương tự như Hình 7.47 gọi là mạch Schmitt 
trigge 
Trên sơ đồ (Hình vẽ 6.47) hai tranzito Q1 và Q2 dược mắc trực tiếp có chung cực E. 
Cực B2 được phân cực nhờ Rb2 lấy từ VC1 để có điện áp vào là xung vuông thì hai 
trasistor Q1 và Q2 phải làm việc luân phiên ở chế độ bão hòa và ngưng dẫn. khi Q1 ngưng 
dẫn thì Q2 bão hoà và ngược lại khi Q1 bão hòa thì Q2 ngưng dẫn. 
Hình 7.47: Mạch Schmitt trigơ căn bản 
Nguyên lí hoạt động : 
- Khi chưa có tín hiệu ngõ vào : 
Tranzito Q1 ngưng dẫn do phân cực Vbe 0 (RB1 nối mass) 
Tranzito Q2 dẫn bão hòa do VC1 tăng cao qua RB2 phân cực VBE2 0,7v. Khi chưa có 
tín hiệu thời gian dẫn bão hòa lâu, có thể làm Q2 thủng nên dòng phân cực qua RC2 nhỏ. 
Tín hiệu phải có biên độ đủ lớn để kích Q1 dẫn bão hòa do đó tín hiệu trước khi 
được đưa đến mạch Schmitt trigơ được đưa qua các mạch khuếch đại. 
Tín hiệu ngõ vào thường được ghép qua tụ để phân cách thềm điện áp phân cực 
giảm sự ảnh hưởng do ghép tầng. 
- Khi có tín hiệu ngõ vào: 
Tranzito Q1 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn làm điện áp VC1 0 
giảm qua RB2 làm cho VB2 giảm, kéo theo sự giảm điện áp VE2 cũng chính là VE1 do được 
mắc chung làm cho VBE1 nhanh chóng tăng cao hơn 0,7 V, Q1 dẫn bão hòa VCE1 0,2v 
qua RB2 VCE2 0,2vm, Q2 ngưng dẫn ở ngõ ra VC2
 ta được tín hiệu có dạng xung phụ 
thuộc vào dạng xung ngõ vào ở Hình 6.48 
Hình 6.48: Dạng tín hiệu ngõ vào và ngõ ra mach Schmitt trigơ 
Vo
Vi
Q2
Q1
RE
RB2
RB1
RC2
RC1
Vo
Vi
Q2
Q1
RE
RB2
RB1
RC2
RC1
Như vậy ngõ ra của mạch Schmitt trigơ ta có được các xung vuông có biên độ bằng 
nhau nhưng độ rộng xung phụ thuộc độ rộng tín hiệu tương tự ngõ vào. 
 7.4.4. Mạch điện điều khiển điện khí nén với một xy lanh 
 + Mạch điều khiển một xilanh tự duy trì 
 Cơ sở để thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén là biểu đồ trạng thái 
Hình 7.51: Biểu đồ trạng thái và sơ đồ mạch khí nén 
Sơ đồ sơ đồ mạch điện điều khiển được biểu diễn ở trong hình 7.51. Khi tác động 
vào nút ấn S2, rơle K2 có điện, các tiếp điểm tương ứng của rơle K2 sẽ đóng, đó là tiếp 
điểm K2 ở nhánh thứ ba và K2 ở nhánh thứ năm. Khi nhả nút ấn S2, nhờ tiếp điểm duy trì 
K2 ở nhánh thứ ba, rơle K2 vẫn có điện và tiếp điểm K2 ở nhánh thứ năm - tiếp điểm đóng 
để dòng điện qua cuộn cảm ứng của van đảo chiều, xylanh đi tới.. Khi tác động vào nút 
ấn vào nút ấn S1 dòng điện trong nhánh hai mất, rơle K2 mất điện, các tiếp điểm tương 
ứng mở ra và xylanh sẽ lùi về. 
Hình 7.49: Mạch điều khiển với tiếp điểm tự duy trì. 
+ Mạch điều khiển với rơle thời gian tác động muộn: 
 Biểu đồ trạng thái, sơ đồ mạch khí nén được trình bày ở hình 7.53. Sơ đồ mạch 
điều khiển với phần tử tự duy trì và rơle thời gian tác động muộn. Sau thời gian t1 công 
tắc hành trình điện - cơ S2 đóng (vị trí cuối hành trình), thì rơle thời gian tác động muộn 
K2 mới có điện. 
Hình 7.53: Biểu đồ trạng thái và mạch khí nén 
Hình 7.50: Mạch điều khiển tự duy trì với rơ le thời gian tác động muộn 
 7.4.5. Mạch điện điều khiển điện khí nén với hai xy lanh. 
 - Mạch điều khiển theo nhịp: 
Quy trình mạch điều khiển theo nhịp với 2 xy – lanh biểu diễn trên hình 7.51. Khi 
tác động vào nút ấn S5, các xy – lanh sẽ thực hiện theo quy trình đề ra. 
Hình 7.51. Quy trình điều khiển 2 xylanh 
Mỗi nhịp đều có mạch tự duy trì. Sau khi ấn nút khởi động S5. Lần lượt nhịp 1 cho 
đến các nhịp tiếp theo sẽ đóng mạch. Nhịp cuối cùng tác động cho quy trình trở về vị trí 
ban đầu. 
Hình 7.52. Sơ đồ mạch điện điều khiển quy trình khoan. 
Nếu ta chọn van đảo chiều 4/2 xung, cả hai phía tác động bằng nam châm điện, sơ 
đồ mạch điều khiển điện biểu diễn ở trên hình 6.53. Mặc dầu mỗi nhịp có mạch tự duy trì, 
nhưng nếu nhịp tiếp theo được thực hiện, khi nhịp trước đó phải được xóa. 
Hình 7.54. Quy trình điều khiển với van đảo chiều xung 4/2. 
- Mạch điều khiển với chọn chế độ làm việc: 
 Quy trình gia công cũng tương tự với ví dụ trên. Điều kiện yêu cầu tiếp theo là xy - 
lanh B chuyển động, khi thỏa mãn điều kiện là áp suất trong xy - lanh A đạt được giá trị 
cho phép. Như vậy áp suất trong xy - lanh A (xy - lanh) kẹp chi tiết được kiểm soát bằng 
rơle áp suất - điện. 
Hình 7.55. Quy trình gia công với chọn chế độ làm việc 
 và sơ đồ mạch điện điều khiển 
 7.4.6. Bộ dịch chuyển theo nhịp 
Bộ dịch chuyển theo nhịp là khối lắp ráp các phần tử khí nén và điện, có nhiệm vụ 
là kẹp, dịch chuyển chi tiết theo chu kỳ. (hình 6.56) 
Hình 6.56. Ứng dụng bộ dịch chuyển theo nhịp 
Các bộ dịch chuyển theo nhịp có 
khoảng dịch chuyển từ 0 – 1000mm. Mỗi 
bộ được tiêu chuẩn hóa và có khoảng dịch 
chuyển nhất định, hình 6.57 bộ dịch 
chuyển với khoảng cách dịch chuyển 
20mm. 
Hình 6.57. Bộ dịch chuyển theo nhịp (hãng Festo) 
- Nguyên tắc hoạt động của bộ dịch chuyển theo nhịp được biểu diễn ở hình 6.58. 
- Tại vị trí cơ bản của bộ dịch chuyển (hình 6.58 a), cửa A nối với nguồn P, đầu 
kẹp đứng yên sẽ kẹp kim loại, đầu dịch chuyển (nối với cửa B) mở ra. 
- Khi có tín hiệu điện ở Y1 van đảo chiều 2 đổi vị trí đầu kẹp đứng yên (hình 6.58 
b). Đầu kẹp đứng yên sẽ mở ra, đầu kẹp dịch chuyển (nối với cửa B) dống lại. 
- Khi áp suất đạt được ít nhất là 50% trong ống dẫn B, van đảo chiều 1 đổi vị trí, vì 
đường kính nòng van ở hai đầu khác nhau. Pittong dịch chuyển đẩy tới (hình 6.58 c). 
- Khi tín hiệu điện ở Y1 mất đi, van đảo chiều 2 đổi vị trí. Đầu kẹp đứng yên sẽ kẹp 
dải kim loại, đầu kẹp dịch chuyển (nối với cửa B) mở ra. Khi áp suất trong ống B giảm 
xuống khoảng 50% thì van đảo chiều 1 đổi vị trí, pittong dịch chuyển lùi về (hình 6.58 d). 
Hinh 7.58 Nguyên tắc hoạt động của bộ dịch chuyển theo nhịp 
7.5. Mạch tổng hợp dịch chuyển theo nhịp 
7.5.1. Mạch điều khiển với chu kỳ đồng thời 
- Nguyên lý hoạt động: 
Sau khi qui trình M thực hiện xong, thì các qui trình 1, qui trình 2, qui trình 3 sẽ 
thực hiện đồng thời. Sau khi 3 qui trình thực hiện đồng thời hoàn thành, tín hiệu ở cổng ra 
Yn+1 sẽ được kết hợp lại bằng phần tử AND, để qui trình N thực hiện. 
Như vậy, trước khi chuẩn bị thực hiện đồng thời các qui trình, tín hiệu sẽ được 
phân nhánh. Sau khi các qui trình đồng thời thực hiện xong, các tín hiệu sẽ được kết hợp 
lại. Nguyên lý hoạt động điều khiển theo nhịp với các chu kỳ thực hiện đồng thời, được 
biểu diễn trên hình 6.59. 
Hình 7.59. Mạch điều khiển theo nhịp với các chu kỳ đồng thời 
7.5.2. Mạch điều khiển với chu kỳ thực hiện tuần tự 
Sau khi qui trình M thực hiện, nếu k = 1 thì qui trình thứ nhất sẽ thực hiện, nếu k = 
0, thì qui trình thứ hai sẽ thực hiện. Sau đó, qui trình N sẽ thực hiện. 
Hình 7.60. Mạch điều khiển với chu kỳ thực hiện tuần tự 
7.6. Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnaugh. 
Ví dụ quy trình làm việc của máy 
khoan gồm hai xylanh (hình 6.61): Khi đưa 
chi tiết vào xylanh A sẽ đi ra để kẹp chi 
tiết. Sau đó pittong B đi xuống khoan chi 
tiết. Sau khi khoan xong, pittong B lùi về. 
Khi xylanh B đã lùi về, thì xylanh A mói 
lùi về. 
 Hình 7.61. Quy trình công nghệ 
*) Xác định biến: 
Công tắc cuối hành trình của xylanh A ký hiệu là a0 và a1. Công tắc cuối 
hành trình của xylanh B là b0 và b1. Công tắc hành trình sẽ tác động này sẽ tác động cho 
pittông đi ra và lùi về (hình 6.62). 
+A và –A kí hiệu tín hiệu tín hiệu điều khiển cho phần tử nhớ chính A 
+B và –B kí hiệu tín hiệu tín hiệu điều khiển cho phần tử nhớ chính B 
Hình 7.62 Xác định các biến 
*) Thiết lập biểu đồ trạng thái 
Từ quy trình công nghệ ta thiết lập được biểu đồ trạng thái biểu diễn ở hình 6.63. 
Hình 6.63. Biểu đồ trạng thái 
Từ biểu đồ trạng thái, ta xác định điều kiện để các xylanh thực hiện như sau: 
- Bước 1: 
Xylanh A đi ra với tín hiệu điều khiển +A 
+A = a0 ^ b0 
- Bước 2: 
Xylanh B đi ra với tín hiệu điều khiển +B 
+B = a1 ^ b0 
- Bước 3: 
Xylanh B lùi về với tín hiệu điều khiển – B 
- B = a1 ^ b1 
- Bước 4: 
Xylanh A lùi về với tín hiệu điều khiển – A 
 - A = a1 ^ b0 
*) Thiết lập phương trình logic và các điều kiện thực hiện: 
Từ các bước thực hiện, ta có phương trình logic sau: 
 a) +A = a0 ^ b0 
 b) +B = a1 ^ b0 
c) - B = a1 ^ b1 (6.1) 
d) - A = a1 ^ b0 
 So sánh phương trình b và d ta thấy điều kiện để thực hiện +B và –A giống nhau. 
Như vậy về điều khiển không thể thực hiện được. 
 Do vậy để phân biệt được các bước thực hiện +B và –A có cùng điều kiện (a1 ^ b0), 
cả hai phương trình đều phải có điều kiện phụ. Trong điều khiển thường sử dụng phần tử 
nhớ trung gian. Ta ký hiệu x và 
x là tín hiệu ra của phần tử nhớ trung gian. Phương trình 
(6.1) viết lại như sau. 
a) +A = a0 ^ b0 
 b) +B = a1 ^ b0 ^ 
x 
c) - B = a1 ^ b1 (6.2) 
d) - A = a1 ^ b0 ^ x 
Để tín hiệu ra 
x của phần tử nhớ trung gian thực hiện bước b, thì tín đó phải được 
chuẩn bị trong bước thực hiện trước đó, tức là bước a. Tương tự như vậy để tín hiệu ra x 
của phần tử nhớ trung gian thực hiện bước d , thì tín hiệu đó phải được chuẩn bị trong 
bước thược hiện trước đó, tức là bước c. Từ đó ta viết lại phương trình logic (6.2) như 
sau: 
a) +A = a0 ^ b0 ^ 
x 
 b) +B = a1 ^ b0 ^ 
x 
c) - B = a1 ^ b1 ^ x (6.3) 
d) - A = a1 ^ b0 ^ x 
Trong quy trình thêm một phần tử trung gian. Phương trình 6.3a và 6.3c cũng như 
phương trình 6.3b và 6.3d có cùng thêm một dạng biến tín hiệu ra x và 
x . Như vậy 
phương trình logic của quy trình được điều khiển được viết như sau: 
a) +A = a0 ^ b0 ^ 
x 
 b) +B = a1 ^ b0 ^ 
x 
c) - B = a1 ^ b1 ^ x (6.4) 
d) - A = a1 ^ b0 ^ x 
e) +X = a1 ^ b1 ^ 
x 
f) – X = a0 ^ b0 ^ x 
 *) Sơ đồ logic của quy trình: 
 Dựa vào phương trình logic (6.4) ta thiết kế mạch logic như hình dưới: 
 Hình 6.64. Sơ đồ mạch logic 
 *) Thiết lập biểu đồ Karnaugh 
Ta có 3 biến: 
- a1 và phủ định a0 
- b1 và phủ định b0 
- x và phủ định 
x 
Biểu đồ Karnaugh với 3 biến 
được biểu diễn ở hình 6.65. Các công 
tắc hành trình sẽ được biểu diễn qua 
trục đối xứng nằm ngang. 
Hình 6.65. Biểu đồ Karnaugh với 3 biến 
Biến của phần tử nhớ trung gian biểu diễn qua trục đối xứng thẳng đứng. Trong 
điều khiển giả thiết rằng, khi công tắc hành trình, ví dụ a0 bị tác động thì công tắc hành 
trình a1 sẽ không bị tác động. 
*) Đơn giản hành trình của xylanh A bằng biểu đồ Karnaugh 
Theo biểu đồ trạng thái ta thiết lập được biểu đồ Karnaugh cho xylanh A như hình 
6.67. 
 Bước 1 pittông A đi ra (+A) và dừng 
lại ở bước 3. Sang bước 4 thì pittông A lùi 
về (-A) . 
 Các khối 1, 2, 3, và 7 ký hiệu +A và 
các khối 5, 6 ký hiệu –A . 
 Như vậy khối thứ nhất (
x ) gồm các 
khối 1, 2, 3, và 4 trong đó khối 4 là trống. 
 Đơn giản hành trình của xylanh A 
(+A) sẽ được thực hiện trong cột thứ nhất (
x ). Phương trình logic căn bản của +A là: 
+A = a0 ^ b0 ^ 
x ^ khởi động. 
Hình 6.66. Biểu đồ Karnaugh cho 
 xylanh A 
Sau khi đơn giản cột thứ nhất ta có phương trình logic đơn giản của +A: 
+A = 
x ^ khởi động. 
Tương tự ta có phương trình logic ban đầu của –A: - A = a1 ^ b0 ^ x 
 Sau khi đơn giản các khối 5 và 6, ta có phương trình logic của –A: 
 - A = b0 ^ x 
*) Đơn giản hành trình của 
xylanh B bằng biểu đồ Karnaugh 
Phương pháp đơn giản hành 
trình của xylanh B cũng tương tự như 
cách thực hiện ở xylanh A (hình 6.67). 
Phương trình logic ban đầu của +B 
+B = a1 ^ b0 ^ 
x 
Hình 6.67. Biểu đồ Karnaugh cho xylanh B 
Sau khi đơn giản +B ở các khối 2 và 3, ta có phương trình logic đơn giản của +B: 
+B = a1 ^ 
x 
Phương trình logic của – B ở cột thứ 2 gồm các khối 5, 6, 7 và 8, ta có phương 
trình logic đơn giản của – B: -B = - x 
*) Đơn giản các phần tử nhớ trung gian bằng biểu đồ Karnaugh 
 Biểu đồ karnaugh ở hình 6.68 cho 
thấy rằng phần tử nhớ trung gian ở vị trí 
SET bắt đàu trong khối 3 giữ vị trí đó cho 
đên khối 7 và 6. Từ khối 5 bắt đầu bị 
RESET và giữ vị trí đó cho đến khối 1 và 2. 
 Phương trình logic ban đầu của +X: 
+X = a1 ^ b1 ^ 
x . Sau khi đơn giản +X ở 
miền gồm các khối 3, 7, 4 và 8, ta có 
phương trình logic đơn giản của +X: 
 +X = b1 
Hình 6.68. Biểu đồ Karnaugh cho 
 phần tử nhớ trung gian 
Phương trình logic ban đầu của –X: – X = a0 ^ b0 ^ x . Sau khi đơn giản – X ở miền 
gồm các khối 1, 5, 4 và 8, ta có phương trình logic đơn giản của – X: – X = a0 khối 4 và 8 
được phép sử dụng cho cả +X và –X 
Phương trình đơn giản cho cả quy trình là: 
+A = x ^ khởi động 
 - A = b0 ^ x 
+B = a1 ^ 
x 
-B = - x 
+X = b1 
– X = a0 
Sơ đồ mạch được biểu diễn ở hình sau: 
Hình 7.69. Sơ đồ mạch logic sau khi đơn giản 
Hình 7.70. Sơ đồ mạch lắp ráp 
Hình 7.71. sơ đồ mạch biểu diễn đơn giản 
7.7. Các mạch ứng dụng. 
7.7.1. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 
 Khi tác động bằng tay, pít tông mang hàm kẹp di động đi ra kẹp chi tiết. Khi gia 
công xong, pít tông lùi về, hàm kẹp mở ra. 
 Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực 
Trong đó: 
0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 Ap kế; 
1.1 Van đảo chiều 4/2, điều khiển hướng gạt; 
1.2 Van tiết lưu một chiều; 1.0 Xilanh. 
7.7.2. Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay 
 Khi có tín hiệu tác động bằng tay, xilanh A mang đầu dập đi xuống. Khi nhả tay ra 
xilanh lùi về. 
Trong đó: 
0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 Ap kế; 
1.1 Van một chiều; 
1.2 Van đảo chiều 3/2, điều khiển bằng tay gạt; 
1.0 Xilanh 
7.7.3. Cơ cấu nâng hạ chi tiết sơn trong lò sấy. 
 Để chuyển động của xi lanh đi xuống được êm và có thể dừng lại vị trí bất kỳ ta 
lắp thêm van một chiều điều khiển được hướng chặn 1.2 vào đường nén của xilanh. 
Trong đó: 
0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 0.3 Ap kế; 
1.1 Van đảo chiều 4/3, điều khiển hướng gạt; 
1.2 Van một chiều điều khiển được hướng chặn; 
1.0 Xilanh. 
7.7.4. Máy khoan bàn. 
 Hệ thống thủy lực điều khiển hai xilanh. Xilanh A mang đầu khoan đi xuống với 
vận tốc đều được điều chỉnh được trong quá trình khoa, xilanh B làm nhiệm vụ kẹp chặt 
chi tiết trong quá trình khoan. Khi khoan xong, xilanh A mang đầu khoan lùi về, sau đó 
xilanh B lùi về mở hàm kẹp, chi tiết được tháo ra. 
Trong đó: 
0.1 Bơm; 0.2 Van tràn; 
1.1 Van đảo chiều 4/2, điều khiển hướng gạt; 
1.2 Van giảm áp; 1.0 Xilanh A 
1.3 Van tiết lưu một chiều; 
2.1 Van đảo chiều 4/3, điều khiển hướng gạt; 
2.2 Bộ ổn tốc; 2.3 Van một chiều; 
2.4 Van cản;2.4 Van một chiều; 
 2.6 Van tiết lưu; 2.0 Xi lanh B. 
7.7.5. Thiết bị khoan tự động 
Vẽ và trình bày nguyên lý mạch điều khiển điện – thủy lực máy khoan tự động, 
theo yêu cầu công nghệ sau 
+ Ban đầu khoan đi ra nhanh, đến chapj vào công tắc hành trình LS2 thi khoa đi 
chậm lại. 
+ Khi khoan hết chạm vào công tắc hành trình LS3 thi mũi khoan tự động trở về 
với tốc độ nhanh, khi chạm vào LS1 hệ thống dừng lại. 
LS1 LS2 
LS3 
Sơ đô mạch thủy lực