Giáo trình Mô đun 17: Điều khiển điện khí nén - Điện công nghiệp

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 được 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 kì thực hiện đồng thời 
được biểu diễn ở hình MĐ17-06-55: 
122 
Hình MĐ17-06-55 - Mạch điều khiển theo nhịp 
với các chu kì thực hiện đồng thời. 
Bài tập thực hành: 
Em hãy lắp ráp và vận hành mạch điều khiển với chu kỳ đồng thời. 
5.2. Mạch điều khiển với các chu kì 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. 
123 
Hình MĐ17-06-56 - Mạch điều khiển tuần tự theo nhịp 
với các chu kì thực hiện tuần tự. 
Bài tập thực hành: 
Em hãy lắp ráp và vận hành mạch điều khiển với chu kỳ tuần tự. 
6. Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnaugh 
Mục tiêu: 
- Thiết kế được mạch điều khiển khí nén cho một máy khoan gồm hai xy- lanh 
bằng biều đồ Karnaugh. 
- Giả sử qui trình làm việc của một máy khoan gồm hai xy- lanh: khi đưa chi tiết 
vào pít- tông A sẽ đi ra để kẹp chi tiết. Sau đó pít- tông B đi xuống khoan chi tiết và 
sau khi khoan xong thì pít- tông B lùi về. Sau khi pít- tông B đã lùi về thì pít- tông A 
mới lùi về. 
Ta có sơ đồ khí nén và biểu đồ thời gian (biểu đồ trạng thái) như sau: 
124 
Hình MĐ17-06-57 - Sơ đồ mạch điều khiển khí nén 
và biểu đồ trạng thái. 
Từ biểu đồ trạng thái, ta xác định điều kiện để các xy- lanh làm việc: 
+ Bước 1: Pít- tông A đi ra với tín hiệu điền khiển A+ 
A+ = a0.b0. 
+ Bước 2: Pít- tông B đi ra với tín hiệu điều khiển B+ 
B+ = a1.b0. 
+ Bước 3: Pít- tông B đi về với tín hiệu điều khiển B- 
B- = a1.b1. 
+ Bước 4: Pít- tông A đi về với tín hiệu điều khiển A- 
A- = a1.b0. 
Như vậy phương trình logic của qui trình khoan như sau: 
A+ = a0.b0. 
B+ = a1.b0. 
B- = a1.b1. 
A- = a1.b0. 
So sánh các phương trình trên, ta thấy điều kiện để thực hiện B+ v A- giống 
nhau. Như vậy về phương diện đều khiển thì điều đó không thể thực hiện được. Để có 
125 
thể phân biệt được các bước thực hiện B+ và A- có cùng điều kiện (a1.b0) thì cả 2 
phương trình phải thêm điều kiện phụ. Trong điều khiển người ta sử dụng phần tử nhớ 
trung gian (ký hiệu x và x là tín hiệu ra của phần tử nhớ trung gian). 
Phương trình logic trên được viết lại như sau: 
A+ = a0.b0. 
 B+ = a1.b0. x . 
B- = a1.b1. 
 A- = a1.b0.x. 
Để tín hiệu ra x của phần tử nhớ trung gian thực hiện bước 2 (B+), thì tín hiệu 
đó tín hiệu đó phải được chuẩn bị trong bước thực hiện trước đó (tức là bước thứ 1). 
Tương tự như vậy để tín hiệu ra x của phần tử nhớ trung gian thực hiện bước 4 (A-), 
thì tín hiệu đó phải được chuẩn bị trong bước thực hiện trước đó (tức là bước thứ 3). 
Từ đó ta viết lại phương trình logic như sau: 
 A+ = a0.b0. x . 
 B+ = a1.b0. x . 
 B- = a1.b1.x. 
 A- = a1.b0.x. 
Trong qui trình thêm một phần tử nhớ trung gian (Z), ta có tín hiệu ra để điều 
khiển phần tử nhớ là: 
1 1
0 0
. .
. .
X a b x
X a b x
Như vậy ta có 6 phương trình không trùng nhau: 
A+ = a0.b0. x . 
B+ = a1.b0. x . 
B- = a1.b1.x. 
A- = a1.b0.x. 
X+ = a1.b1. x . 
X- = a0.b0.x. 
Với 6 phương trình trên ta có sơ đồ mạch logic như sau: 
126 
Hình MĐ17-06-58 - Sơ đồ mạch logic. 
Rút gọn bằng phương pháp biểu đồ Karnaugh: 
Biểu đồ Karnaugh với 3 biến( a1 và 0a ; b1 và 0b ; x) được biểu diễn như sau: 
Hình MĐ17-06-59 - Biểu đồ Karnaugh với 3 biến. 
Các công tắc hành trình sẽ biểu diễn qua trục đối xứng nằm ngang, 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 a1 sẽ không 
tác động. Không xảy ra trường hợp cả 2 công tắc hành trình a0 và a1 cùng tác động 
đồng thời hoặc cả 2 công tắc cùng không tác động đồng thời. 
* Đơn giản hành trình của xilanh A bằng biểu đồ Karnaugh: 
127 
Theo biểu đồ trạng thái, ta thiết lập được biểu đồ Karnaugh cho xy- lanh A: 
Hình MĐ17-06-60 - Biều đồ Karnaugh cho xy- lanh A. 
Bước thực hiện thứ nhất là pít- tông A đi ra (A+) và dừng lại cho đến bước thực 
hiện thứ 3. Sang bước thứ 4 thì pít- tông A lùi về (A-). Các khối 1, 2, 3 và 7 ký hiệu 
A+ và các khối 5, 6 ký hiệu A-. Đơn giản hành trình đi ra của xy- lanh A (A+) sẽ được 
thực hiện trong cột thứ nhất (x). Ta có phương trình logic của A+ là: 
0. .A x S
Trong đó S0 là nút ấn khởi động. Tương tự khi đơn giản hành trình đi về của xy- 
lanh A (A-), ta có phương trình logic của A- là: 
A- = b0.x. 
* Đơn giản hành trình của xy- lanh B bằng biểu đồ Karnaugh 
Hình MĐ17-06-61 - Biểu đồ Karnaugh của xy - lanh B. 
Đơn giản hành trình đi ra của pít- tông B (B+), ta có phương trình logic sau: 
1. .B a x
Đơn giản hành trình đi về của pít- tông B (B-), ta có phương trình logic sau: 
B- = x. 
128 
* Đơn giản phần tử nhớ trung gian bằng biểu đồ Karnaugh 
Ta có phương trình logic như sau: 
X+ = b1. 
X- = a0. 
Vậy phương trình logic sau khi đơn giản là: 
0. .A x S
 A- = b0.x. 
1. .B a x
 B- = x. 
 X+ = b1. 
 X- = a0. 
Hình MĐ17-06-62 - Sơ đồ mạch logic sau khi đơn giản. 
Từ sơ đồ mạch logic trên hình MĐ17-06-62, ta có sơ đồ mạch điều khiển khí 
nén như sau: 
129 
Hình MĐ17-06-63 - Sơ đồ lắp ráp mạch điều khiển khí nén. 
Sơ đồ nguyên lý của mạch khí nén sau khi đã đơn giản như sau: 
130 
Hình MĐ17-06-64 - Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển khí nén. 
Từ sơ đồ mạch logic trên hình MĐ17-06-62, ta có mạch điều khiển điện khí nén 
như sau: 
Hình MĐ17-06-65 - Sơ đồ nguyên lý mạch điện khí nén. 
7. Các mạch ứng dụng 
Mục tiêu: 
- Trình bày được nguyên lý hoạt động, lắp ráp và vận hành được mạch điều 
khiển điện khí nén của máy cắt giấy. 
- Trình bày được nguyên lý hoạt động, lắp ráp và vận hành được mạch điều 
khiển điện khí nén của máy khoan. 
7.1. Mạch điều khiển điện khí nén của máy cắt giấy. 
Công nghệ được miêu tả như sau: Đầu cần pít- tông của xy- lanh tác động đơn 
phục hồi bằng lò xo 1A mang lưỡi dao cắt giấy. Khi ấn nút S2 thì cần pít- tông đi 
xuống cắt giấy. Ấn nút S1 thì cần pit- tông đi lên để lấy sản phẩm ra. 
- Mạch điều khiển của máy cắt giấy được biểu diễn như sau: 
131 
1 A
1 0
V 1
+24V
 0V
K
11
14
S1
31
32
S2
13
14
K
A1
A2
Y
12
0
K
21
24
2
1 3
Y
1
1 2
1 3
* Bước 1: Các phần tử trong mạch điều khiển bao gồm: 
- 1A: Xy- lanh tác động đơn phục hồi bằng lò xo. 
- V1: Van đảo chiều 3/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện qua van phụ 
trợ, phục hồi bằng lò xo. 
- S1: Nút ấn tự phục hồi có cặp tiếp điểm thường đóng S1(31-32). 
- S2: Nút ấn tự phục hồi có cặp tiếp điểm thường mở S2(13-14). 
- K: Rơle điều khiển với: 
+ K(A1-A2): Cuộn hút. 
+ K(11-14), K(21-24): Hai cặp tiếp điểm thường mở. 
- Y(12-0): Cuộn hút nam châm điện của van V1. 
* Bước 2: Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển. 
- Khi chưa có tác động vào mạch điều khiển thì cặp tiếp điểm S2(13-14) đang 
mở nên cuộn hút K(A1-A2) không có điện, cặp tiếp điểm K(21-24) mở nên cuộn hút 
nam châm điện Y(12-0) không có điện, van V1 thiết lập ở vị trí “0”, không có dòng 
khí nén cấp tới khoang sau của xy- lanh 1A, lực lò xo giữ cho pít- tông và cần pít- 
tông đứng yên ở vị trí trên cùng. 
- Khi tác động vào nút ấn S2 thì cặp tiếp điểm S2(13-14) đóng lại cấp điện cho 
cuộn hút rơ le điều khiển K(A1-A2), cặp tiếp điểm K(11-14) đóng lại làm nhiệm vụ 
duy trì, cặp tiếp điểm K(21-24) đóng lại cấp điện cho cuộn hút nam châm điện Y(12-
0), van V1 chuyển sang vị trí “1”, dòng khí nén từ máy nén khí vào cửa 1 ra cửa 2 của 
van V1 tới khoang sau của xy- lanh 1A, đẩy pít- tông và cần pít- tông đi xuống, khi đi 
xuống tới vị trí dưới cùng thì đứng lại ở vị trí đó. 
- Khi tác động vào nút ấn S1 thì cặp tiếp điểm S1(31-32) mở ra, cắt điện cuộn hút 
rơ le điều khiển K(A1-A2), cặp tiếp điểm K(21-24) mở ra cắt điện cuộn hút nam châm 
điện Y(12-0), van V1 chuyển về vị trí “0”, cắt khí nén cấp tới khoang sau xy- lanh 1A, 
132 
lực lò xo đẩy pít- tông và cần pít- tông đi lên, đi lên tới vị trí trong cùng thì đứng lại ở 
vị trí đó. Kết thúc 1 chu trình hoạt động. 
Bài tập thực hành: 
Em hãy lắp ráp và vận hành mạch điều khiển điện khí nén của máy cắt giấy. 
7.2. Mạch điều khiển điện khí nén của máy khoan 
Mô tả công nghệ: Xy- lanh kép 2A có nhiệm vụ kẹp chặt chi tiết cần khoan. Xy- 
lanh tác động đơn phục hồi bằng lò xo 1B có nhiệm vụ khoan chi tiết. Khi ấn nút S1 
thì pít- tông 2A đi ra để kẹp chi tiết (gặp cảm biến CB). Sau đó pít- tông 1B tự động 
đi xuống khoan chi tiết, khoan đạt vị trí yêu cầu (gặp công tắc hành trình S3) thì pít- 
tông 1B tự động đi lên, lên tới vị trí trên cùng (gặp công tắc hành trình S2) thì pít- 
tông 2B tự động đi về nhả phôi, về tới vị trí trong cùng (gặp công tắc hành trình S4) 
thì mạch tự động Reset sẵn sàng cho chu kì làm việc mới. Trong mạch có sử dụng 
thêm van tiết lưu để điều chỉnh tốc độ chuyển động của cơ cấu. 
- Mạch điều khiển của máy khoan được biểu diễn như sau: 
* Bước 1: Các phần tử trong mạch bao gồm. 
- 2A: Xy- lanh tác động kép có giảm chấn. 
- 1B: Xy- lanh tác động đơn phục hồi bằng ngoại lực. 
- V2, V4: Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay. 
- V1: Van đảo chiều 5/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện qua van phụ 
trợ cả hai phía. 
- V3: Van đảo chiều 3/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện qua van phụ 
trợ, phục hồi bằng lò xo. 
- S1: Nút ấn tự phục hồi có cặp tiếp điểm thường mở S1(13-14). 
- S2: Công tắc hành trình điện- cơ với cặp tiếp điểm thường mở S2(1-4). 
- S3: Công tắc hành trình điện- cơ với cặp tiếp điểm thường mở S3(1-4). 
2 A
a b
V 1
+24V
S1
13
14
1 4
4 2
5
1
3
Y1 Y2
1 2
1 2
 0V
Y3
12
0
Y1
14
0 K
A1
A2
K
21
24
S3
1
4
S4 CB CB
+
-
V 2 30%
1 2
2
1 3
Y3
1
2
0
%
1
2
V 3
V 4
S2 S3
K
11
12 S4
1
2
K
31
34
S2
1
4
Y2
12
0
1 01 2
1 B
1 2 4 5 6
133 
- S4: Công tắc hành trình điện- cơ với cặp tiếp điểm thường đóng S4(1-4). 
- K: Role điều khiển với: 
+ K(A1-A2): cuộn hút. 
+ K(21-24), K(31-34): Hai cặp tiếp điểm thường mở. 
+ K(11-12): Cặp tiếp điểm thường đóng. 
- CB: Cảm biến quang. 
- Y1(14-0), Y2(12-0): Hai cuộn hút nam châm điện của van V1. 
- Y3(12-0): Cuộn hút nam châm điện của van V3. 
* Bước 2: Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển. 
- Khi chưa có tác động vào mạch điều khiển thì cặp tiếp điểm S1(13-14) đang 
mở nên cuộn hút nam châm điện Y1(14-0) không có điện, cảm biến quang chưa tác 
động nên cuộn hút Y3(12-0) không có điện, cặp tiếp điểm K(31-34) mở nên cuộn hút 
Y2(12-0) không có điện, van V1 thiết lập ở vị trí “b” van V3 thiết lập ở vị trí “0”, dòng 
khí nén từ máy nén khí qua van V2 tới cửa 1 ra cửa 2 của van V1 vào khoang trước 
của xy- lanh 2A giữ cho pít- tông và cần pít- tông 2A đứng yên ở vị trí trong cùng, 
đồng thời không có dòng khí nén vào khoang sau của xy- lanh 1B nên lực lò xo giữ 
cho pít- tông và cần pít- tông 1B đứng yên ở vị trí trên cùng. 
- Khi tác động vào nút ấn S1 thì cặp tiếp điểm S1(13-14) đóng lại cấp điện cho 
cuộn hút Y1(14-0), van V1 chuyển sang vị trí “a”, dòng khí nén từ máy nén khí qua 
van V2 tới cửa 1 ra cửa 4 của van V1 vào khoang sau của xy- lanh 2A đẩy pít- tông và 
cần pít-tông đi ra, S4 bị cắt tác động nên cặp tiếp điểm S4(1-2) đóng lại, lượng khí 
trong khoang trước thoát ra theo đường vào cửa 2 và xả ra ở cửa 3 của van V1. Ngay 
khi nhả tay khỏi nút ấn S1 thì cặp tiếp điểm S1(13-14) mở ra, cắt điện cuộn hút Y1(14-
0), van V1 vẫn duy trì ở vị trí “a” giữ cho pít- tông 2A đi ra. Khi cần pít- tông 2A đi ra 
tới vị trí tác động vào cảm biến CB thì cuộn hút Y3(12-0) có điện, van V3 chuyển sang 
vị trí “1”, dòng khí nén từ máy nén khí vào cửa 1 ra cửa 2 của van V3 qua van V4 vào 
khoang sau của xy- lanh 1B đẩy pít- tông và cần pít- tông 1B đi xuống, ngay khi cần 
pít- tông đi xuống khỏi vị trí tác động lên con lăn S2 thì cặp tiếp điểm S2(1-4) mở ra. 
Khi cần pít- tông 1B đi xuống tới vị trí tác động vào S3 thì cặp tiếp điểm S3(1-4) đóng 
lại cấp điện cho cuộn hút K(A1-A2), cặp tiếp điểm K(21-24) đóng lại làm nhiệm vụ 
duy trì, cặp tiếp điểm K(31-34) đóng lại sẵn sàng cấp điện cho cuộn hút Y2(12-0), cặp 
tiếp điểm K(11-12) mở ra cắt điện cuộn hút Y3(12-0), van V3 chuyển về vị trí “0”, cắt 
dòng khí nén vào khoang sau của xy- lanh 1B, lực lò xo đẩy pít- tông và cần pít- tông 
1B đi lên, lượng khí trong khoang sau thoát ra theo đường vào cửa 2 xả ra cửa 3 của 
van V3. Khi pít- tông và cần pít- tông 1B đi lên tác động vào con S2 thì cặp tiếp điểm 
S2(1-4) đóng lại cấp điện cho cuôn hút Y2(12-0), van V1 chuyển về vị trí “b”, dòng khí 
nén từ máy nén khí qua van V2 tới cửa 1 ra cửa 2 của van V1 vào khoang trước của 
134 
xy- lanh 2A đẩy pít- tông và cần pít- tông 2A đi về, lượng khí trong khoang sau thoát 
ra theo đường vào cửa 4 xả ra cửa 5 của van V1. Khi cần pít- tông 2A đi về tới vị trí 
tác động lên con lăn của van S4 thì cặp tiếp điểm S4(1-2) mở ra cắt điện cuộn hút 
K(A1-A2), cặp tiếp điểm K(31-34) mở ra cắt điện cuộn hút Y2(12-0), cặp tiếp điểm 
K(11-12) đóng lại để sẵn sàng cho chu kì làm việc tiếp theo. 
- Van V2 có vai trò điều chỉnh vận tốc chuyển động đi ra và đi về của pít- tông 
2A. Van V4 có vai trò điều chỉnh vận tốc chuyển động đi ra của pít- tông 1B. 
Bài tập thực hành: 
Em hãy lắp ráp và vận hành mạch điều khiển điện khí nén của máy khoan. 
--------------------------------------- 
135 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Kỹ thuật nhiệt, NXB Giáo dục. 
[2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Thông gió và điều hòa không khí, NXB 
Khoa học và Kỹ thuật. 
[3] Nguyễn Đức Lợi, Máy và thiết bị lạnh, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 
[4] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển bằng khí nén, NXB Giáo dục 
1999. 
[5] Lê Văn Tiến Dũng, Điều khiển khí nén và thuỷ lực, Trường ĐHCN TPHCM. 
[6] Tài liệu dự án của hãng Festo. 
136 
DANH SÁCH BAN BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH DẠY NGHỀ 
TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ 
Giáo trình: Kỹ thuật nguội 
Nghề : Điện công nghiệp 
1. Ông( bà) : Ngô Ngọc Bôi Chủ nhiệm 
2. Ông( bà) : Đồng Văn Ngọc Phó chủ nhiệm 
3. Ông( bà) : Mai Xuân Minh Thư ký 
4. Ông( bà) : Trần Cao Phi Thành viên 
5. Ông( bà) : Lưu Thanh Tân 
Thành viên 
6. Ông( bà) : Đặng Đình Tiệp 
Thành viên 
7. Ông( bà) : Phạm Văn Hoàn 
Thành viên 
8. Ông( bà) : Nguyễn Thanh Hải 
Thành viên 
9. Ông( bà) : Trần Văn Quỳnh 
Thành viên 
DANH SÁCH HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU 
 GIÁO TRÌNH DẠY NGHỀTRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ 
1. Ông( bà) : Dương Tử Bình Chủ tịch 
2. Ông( bà) : Nguyễn Đức Toàn Phó chủ tịch 
3. Ông( bà) : Nguyễn Thiện Nam Thư ký 
4. Ông( bà) : Võ Thu Hà Thành viên 
5. Ông( bà) : Bùi Tiến Dũng Thành viên 
6. Ông( bà) : Vũ Hữu Thích Thành viên 
7. Ông( bà) : Đinh Thị Ngọc Diệp Thành viên 
8. Ông( bà) : Phan Văn Phùng Thành viên 
9. Ông( bà) : Nguyễn Thị Quỳnh Nga Thành viên