Giáo trình Điều khiển khí nén và thủy lực - Chương 3: Các phần tử đưa và xử lý tín hiệu

ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
PHAÀN II 
CAÙC THAØNH PHAÀN CUÛA HEÄ THOÁNG 
 ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC 
Khaùi nieäm 
Moät heä thoáng ñieàu khieån thuûy löïc - khí neùn coù theå laø moät heä ñieàu khieån kín hay moät 
heä hôû, veà cô baûn noù chöùa caùc thaønh phaàn, phaàn töû ñöôïc moâ taû nhö hình 3.1. 
Tuøy theo nhieäm vuï hoaït ñoäng cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån, möùc ñoä phöùc taïp cuûa heä ñieàu 
khieån maø ta coù theå phaân tích, choïn caùc phaàn töû thích hôïp cho vieäc thieát keá heä ñieàu khieån 
vaø heä thoáng ñoäng hoïc. 
Nguoàn naêng löôïng 
Cô caáu chaáp haønh 
Phaàn töû ñieàu khieån 
Phaàn töû xöû lyù tín hieäu 
(1V2)
Phaàn töû ñöa tín hieäu 
(1S1, 1S2, 1S3) 
Boä phaän loïc 
Ñaïi löôïng vaøo (vaät lí) 
Löu löôïng, Aùp suaát 
Hình 3.1 Caáu truùc maïch ñieàu khieån vaø caùc phaàn töû 
 30 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
CHÖÔNG 3 
PHAÀN TÖÛ ÑÖA TÍN HIEÄU VAØ XÖÛ LYÙ 
TÍN HIEÄU ÑIEÀU KHIEÅN 
 ¾ Caùc phaàn xöû lyù tín hieäu
ƒ Phaàn töû YES 
ƒ Phaàn töû NOT 
ƒ Phaàn töû AND 
ƒ Phaàn töû OR 
ƒ Phaàn töû NAND 
ƒ Phaàn töû NOR 
ƒ Phaàn töû Flip-Flop 
ƒ Phaàn töû thôøi gian 
¾ Caùc phaàn töû ñöa tín hieäu
ƒ Nuùt nhaán 
ƒ Coâng taéc 
ƒ Giôùi haïn haønh trình 
ƒ Caûm bieán 
 31 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
3.1. CAÙC PHAÀN TÖÛ ÑÖA TÍN HIEÄU 
Tín hieäu taùc ñoäng vaø ñöa vaøo xöû lyù coù theå laø ñieän, khí neùn, thuûy löïc. Caùc phaàn töû ñöa tín 
hieäu coù theå: nuùt nhaán, giôùi haïn haønh trình, coâng taéc, rôle, boä ñònh thôøi, boä ñeám, caùc caûm 
bieán. 
3.1.1. Nuùt nhaán 
Nuùt nhaán taùc ñoäng thì tieáp ñieåm (1,2) môû ra vaø tieáp ñieåm (1,4) noái laïi. 
3.1.2. Coâng taéc 
Coâng taéc thöïc hieän chuyeån ñoåi traïng thaùi khi taùc ñoäng 
 32 
4
2
1
Ñieän
1
1
2
4
Hình 3.2 Tín hieäu ñieän (NO vaø NC) 
P
A
A
P
Hình 3.3 Tín hieäu khí- thuûy löïc (NC)
A
P
A
P
Hình 3.4 Tín hieäu khí- thuûy löïc (NO) 
P A
P
A
Hình 3.5 – Coâng taéc
Kí hieäu thuûy - khíKí hieäu ñieän 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
Normally 
closed
Normally 
open
Free 
flow
Restricted 
flow
Pilot control
3.1.3. Giôùi haïn haønh trình 
Ví duï: öùng duïng coâng taéc haønh trình ñeå khi ñaïp thaéng xe thì ñeøn baùo hieäu saùng (hình 
3.8). 
12 4
Hình 3.6 Giôùi haïn haønh trình ñieän
1
42
Hình 3.7 Giôùi haïn haønh trình khí - thuûy
 Hình 3.8 Ñaïp thaèng ñeøn oâtoâ chaùy saùng 
3.1.4. Caûm bieán 
3.1.4.1 Caûm bieán töø tröôøng 
Caûm bieán töø tröôøng chæ söû duïng ñeå phaùt hieän nhöõng vaät coù töø tröôøng. Caûm bieán naøy 
ñöôïc laép ñaët treân caùc thaân xy lanh khí neùn coù pít toâng töø tröôøng ñeå giôùi haïn haønh trình cuûa 
noù (hình 3.9). 
b) Ñaõ caûm öùnga) Chöa caûm öùng
1. Nam chaâm vónh cöûu 
1 1
 Hình 3.9 Caûm öùng töø tröôøng treân piston 
 33 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
 Ví duï: Xaùc ñònh vò trí ôû ñaàu vaø cuoái haønh trình piston baèng 2 caûm bieán töø tröôøng gaén 
treân thaân xy lanh (hình 3.10). 
 Hình 3.10 Xaùc ñònh haønh trình 
baèng caûm bieán töø tröôøng 
3.1.4.2. Caûm bieán baèng tia 
Caûm bieán baèng tia laø loaïi caûm bieán khoâng tieáp xuùc. Nguyeân taéc laøm vieäc chæ ñoái vôùi 
tín hieäu vaøo laø doøng tia khí neùn. Caûm bieán baèng tia ñöôïc öùng duïng ôû caùc lónh vöïc maø caûm 
bieán khoâng tieáp xuùc baèng ñieän khoâng ñaûm nhaän ñöôïc trong ñieàu kieän moâi tröôøng laøm vieäc 
khaéc khe: noùng, coù aên moøn hoùa hoïc, aåm öôùt, aûnh höôûng ñieän tröôøng, an toaøn cao, 
Vôùi caûm bieán baèng tia khí neùn thì tín hieäu ra (sau khi caûm nhaän ñöôïc vaät theå) coù aùp 
suaát raát nhoû. Do ñoù ta phaûi khueách ñaïi tín hieäu tröôùc khi ñöa vaøo xöû lyù ñieàu khieån, thöôøng 
ta duøng ñeán boä khueách ñaïi baèng khí neùn ñeå khueách ñaïi. 
Chuù yù: caûm bieán naøy chæ coù ñoái vôùi khí neùn, khoâng söû duïng trong thuûy löïc. 
3.1.4.2.1. Caûm bieán baèng tia reõ nhaùnh 
Khi khoâng coù vaät caûn thì doøng khí neùn ñöôïc phaùt ra töø nguoàn P seõ ñi thaúng, neáu coù 
vaät caûn thì doøng khí seõ bò reõ nhaùnh qua cöûa X (hình 3.11). 
AÙp suaát cuûa cöûa tín hieäu ra X phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch s giöõa beà maët ñaàu caûm 
bieán vôùi maët vaät caûn, s caøng nhoû thì aùp suaát caøng lôùn. 
3.1.4.2.2 Caûm bieán baèng tia phaûn hoài 
Khi doøng khí neùn P ñi qua khoâng coù vaät caûn thì ñaàu ra tín hieäu phaûn hoài X= 0; coù vaät 
caûn thì tín hieäu X= 1. Ñaëc bieät caûm bieán naøy cho tín hieäu X=1 cho caû vaät caû dòch chuyeån 
theo höôùng doïc truïc cuûa caûm bieán– khoaûng caùch a vaø caû höôùng vuoâng goùc vôùi truïc – 
khoaûng caùch s (hình 3.12). 
Ví duï : öùng duïng caûm bieán baèng tia phaûn hoài ñeå xaùc ñònh ñoä leäch cuûa 2 meùp giaáy cuûa 
cuoän giaáy ñang chaïy treân 2 ru loâ (hình 3.13). 
P
s
X
P
X
P
Hình 3.11 Caûm bieán tia reõ nhaùnh
 34 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
4.1.4.2.3. Caûm bieán thu phaùt baèng tia 
P
X
P
X
P 
Hình 3.12 Caûm bieán tia phaûn hoài
 Nguyeân lyù hoaït ñoäng ñöôïc moâ taû ôû hình 3.14 
Ví duï: duøng caûm bieán thu phaùt baèng tia ñeå phaùt hieän tình traïng gaõy muõi khoan cuûa 
quaù trình gia coâng khoan chi tieát (hình 3.15). 
1 1
2 1 1
1. Cung caáp aùp
2. Ngoû ra aùp (tín hieäu aùp) a)
a. Ñaàu thu (aùp suaát)
b. Ñaàu phaùt (aùp suaát)
b)
Hình 3.14 Caûm bieán thu phaùt baèng 
Hình 3.13 Xaùc ñònh ñoä leäch meùp giaáy Hình 3.15 Phaùt hieän gaõy muõi khoan 
 35 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
4.1.4.3.Caûm bieán caûm öùng töø 
Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caûm bieán caûm öùng töø ñöôïc moâ taû ôû hình 3.16. Boä taïo dao 
ñoäng phaùt taàn soá cao. Khi coù vaät caûn kim loaïi naèm trong vuøng ñöôøng söùc cuûa töø tröôøng, 
trong kim loaïi ñoù seõ hình thaønh ñieän tröôøng xoaùy. Vaät caûn caøng gaàn cuoän caûm öùng thì 
doøng ñieän xoaùy trong vaät caûn caøng taêng, naêng löôïng boä dao ñoäng giaûm daãn ñeán bieân ñoä 
cuûa boä dao ñoäng seõ giaûm. Qua boä so, tín hieäu ra ñöôïc khueách ñaïi. Trong tröôøng hôïp tín 
hieäu ra laø tín hieäu nhò phaân, maïch Schmitt trigô seõ ñaûm nhaän nhieäm vuï naøy. 
9
4 5 3 2 1 
8 
7 6
Kí hieäu Hình 3.16 Sô ñoà maïch caûm bieán töø 
 1. Boä dao ñoäng 2. Boä chænh tín hieäu 3. Boä so Schmitt trigô 
4. Boä hieån thò traïng thaùi 5. Boä khueách ñaïi 6. Ñieän aùp ngoaøi 
7. OÅn nguoàn beân trong 8. Cuoän caûm öùng 9. Tín hieäu ra 
Ví duï: öùng duïng caûm bieán caûm öùng töø ñeå xaùc ñònh vò trí haønh trình cuûa piston khí neùn 
– thuûy löïc (hình 3.17); hay phaùt hieän aám kim loaïi ñöôïc mang ñi nhôø baêng taûi dòch chuyeån 
(hình 3.18). 
Hình 3.18 Phaùt hieän taám kim loaïi treân baêng taûi
Taám kim loaïi 
Baêng taûi
Caûm bieán töø 
 Hình 3.17 Xaùc ñònh vò trí ñaàu truïc 
4.1.4.4. Caûm bieán ñieän dung 
Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caûm bieán ñieän dung ñöôïc moâ taû ôû hình 3.19. Boä taïo dao ñoäng seõ 
phaùt taàn soá cao. Khi coù vaät caûn kim loaïi hoaëc phi kim loaïi naèm trong vuøng ñöôøng söùc cuûa 
ñieän tröôøng, ñieän dung cuûa tuï ñieän thay ñoåi. Nhö vaäy taàn soá rieâng cuûa boä dao ñoäng thay 
 36 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
ñoåi. Qua boä so vaø chænh tín hieäu, tín hieäu ra ñöôïc khueách ñaïi. Tröôøng hôïp tín hieäu ra laø tín 
hieäu nhò phaân, maïch Schmitt trigô seõ ñaûm nhaän coâng vieäc naøy. 
8 
67
9
5431 2 
 Kí hieäuHình 3.19 Maïch caûm bieán ñieän dung 
 1. Boä dao ñoäng 2. Boä chænh tín hieäu 3. Boä so Schmitt trigô
4. Boä hieån thò traïng thaùi 5. Boä khueách ñaïi 6. Ñieän aùp ngoaøi 
7. OÅn nguoàn beân trong 8. Ñieän cöïc tuï ñieän 9. Tín hieäu ra 
Ví duï: öùng duïng caûm bieán ñieän dung ñeå phaùt hieän ñeá giaøy cao su maøu ñen naèm treân 
baêng taûi di chuyeån (hình 3.20); hay kieåm tra soá löôïng saûn phaåm ñöôïc ñoùng goùi vaøo thuøng 
giaáy caùt toâng baèng caùch phaùt hieän vaät theå qua lôùp vaät lieäu giaáy (hình 3.21). 
Hình 3.20 Phaùt hieän ñeá giaày cao su maøu ñen Hình 3.21 Kieåm tra ñoùng goùi saûn phaåm
4.1.4.5. Caûm bieán quang hoïc 
Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caûm bieán quang ñöôïc moâ taû ôû hình 3.22, goàm 2 boä phaän: 
− Boä phaän phaùt tia hoàng ngoaïi; 
− Boä phaän thu tia hoàng ngoaïi. 
 37 
Boä phaän phaùt seõ phaùt ra tia hoàng ngoaïi baèng ñioât phaùt quang vaø khi gaëp vaät caûn thì 
tia hoàng ngoaïi ñöôïc phaûn xaï laïi vaøo ñaàu thu. ÔÛ taïi boä phaän ñaàu thu, tia hoàng ngoaïi ñöôïc 
phaûn hoài seõ ñöôïc xöû lyù, khueách ñaïi tröôùc khi cho tín hieäu ra. 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
91011 
12 
Kí hieäu 853 4 6 7 2 1 
Hình 3.22 Maïch caûm bieán quang 
1. Boä dao ñoäng 2. Boä phaän phaùt 3. Boä phaän thu
4. Khueách ñaïi sô boä 5. Xöû lyù logic 6. Chuyeån ñoåi xung. 
7.Hieån thi traïng thaùi 8. Baûo veä ngoû ra 9. Ñieän aùp ngoaøi 
10. OÅn nguoàn beân trong 11. Khoaûng caùch phaùt hieän 12. Tín hieäu ra 
Ví duï: öùng duïng caûm bieán quang ñeå ñeám soá löôïng taám plastic treân baêng taûi di chuyeån 
(hình 3.23); hay phaân loaïi caùc chai coù hay khoâng coù naép bít kín mieäng chai (hình 3.24). 
Hình 3.23 Ñeám saûn phaåm taám Plastic 
Hình 3.24 Phaân loaïi chai coù hay khoâng coù naép 
 38 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
4.2. CAÙC PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ TÍN HIEÄU 
4.2.1. Phaàn töû YES 
Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû YES ñöôïc trình baøy ôû hình 3.25 
4.2.2. Phaàn töû NOT 
 Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû NOT ñöôïc trình baøy ôû hình 3.26. 
Hình 3.25 Phaàn töû logic YES 
Kí hieäu thuûy-khí
s=aPa
p
S=a
a
S=a
a P s=a
S 
a 
0 
L 
0 
L 
Sô ñoà traïng thaùi 
Tín hieäu vaøo
Tín hieäu ra
B
Hình 3.26 Phaàn töû logic NOT 
Keát caáu thuûy-khíKí hieäu logicKí hieäu ñieän 
a S1. 
Baûng chaân lyù
a S 
0 0 
L L 
Tín hieäu ra
Tín hieäu vaøo
Sô ñoà traïng thaùi
0 
L 
S 
0 
a 
L 
a S1.
Keát caáu thuûy - khí Kí hieäu logicKí hieäu ñieän 
 ap
Kí hieäu thuûy-khí 
aûng chaân lyù 
a S 
0 L 
L 0 
39 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
4.2.3. Phaàn töû OR 
Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû OR ñöôïc trình baøy ôû hình 3.27. 
4.2.4. Phaàn töû AND 
Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû AND ñöôïc trình baøy ôû hình 3.28. 
P
a b
s=a+b
s=a+bba
0 
L 
0 
a 
b 
S 
Sô ñoà traïng thaùi Baûng chaân lyù 
a b S 
0 
0 
L 
L 
0 
L 
0 
L 
0 
L 
L 
L 
Hình 3.27 Phaàn töû OR
Tín hieäu vaøo
Tín hieäu ra
Tín hieäu vaøo
S=a.b
Baûng chaân lyù 
a b S 
0 
0 
L 
L 
0 
L 
0 
L 
0 
0 
0 
L Tín hieäu ra
Tín hieäu vaøo
Tín hieäu vaøo
L 
Sô ñoà traïng thaùi 
0 
L 
0 
L 
0 
S 
b 
a 
Kí hieäu thuûy-khí Keát caáu thuûy-khíKí hieäu logic Kí hieäu ñieän 
a b s=a.b
b
a
P
S=a.b
a bS & 
b 
a 
L 
L 
0 
Kí hieäu thuûy - khíKí hieäu ñieän Kí hieäu logic Kí hieäu keát caáu
b 
a 
S ≥1 
Hình 3.28 Phaàn töû AND 
 40 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
4.2.5. Phaàn töû NAND 
Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû NAND ñöôïc trình baøy ôû hình 3.29. 
4.2.6. Phaàn töû NOR 
Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû NOR ñöôïc trình baøy ôû hình 3.30. 
a
P
Sb
Sô ñoà tín hieäu
0 
L 
0 
0 
L 
L 
S 
b 
a 
S
P
b
a
Kí hieäu ñieän 
Baûng chaân lyù 
a b S 
0 
0 
L 
L 
0 
L 
0 
L 
L 
0 
0 
0 
Kí hieäu thuûy - khíKí hieäu logic
Tín hieäu vaøo
Tín hieäu vaøo
S
b
a
≥1
Hình 3.29 Phaàn töû NAND
Baûng chaân lyù
a b S 
0 
0 
L 
L 
0 
L 
0 
L 
L 
L 
L 
0 
&
a
b
S
Tín hieäu ra
Tín hieäu vaøo
Tín hieäu vaøoä ø
Sô ñoà tín hieäu 
S 
0 
L 
b 
0 
L 
a 
0 
L 
Kí hieäu thuûy khíKí hieäu logicKí hieäu ñieän 
Tín hieäu ra
Hình 3.30 Phaàn töû NOR
 41 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
4.2.7. Phaàn töû nhôù Flip-Flop 
Nhö chuùng ñaõ bieát ôû caùc phaàn töû tröôùc, khi tín hieäu vaøo döôùi daïng xung bò maát thì tín 
hieäu ra cuõng maát luoân. Phaàn töû naøy coù nhieäm vuï nhôù, coù nghóa laø tín hieäu ra vaãn ñöôïc duy 
trì cho duø tín hieäu vaøo khoâng coùn nöõa. 
Hình 3.31 trình baøy sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû nhôù 2 coång vaøo vaø 
moät coång ra. 
Hình 3.33 trình baøy sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû nhôù 2 coång vaøo vaø 
hai coång ra. 
 42 
≥1
≥1
X 
Y 
S 
R
a 
b 
b
a S
S
1
&
a
b
S a
S
b a S
bRC 
0 
L 
0 
0 
L 
L 
Hình 3.32 Phaàn töû nhôù 2 in / 1 out 
Tín hieäu ra
Tín hieäu vaøo
Tín hieäu vaøo
Kí hieäu thuûy - khíKí hieäu logicKí hieäu ñieän
Baûng chaân lyù 
a b S 
0 0 Khoâng ñoåi 
0 L L 
L 0 0 
L L 0 
Sô ñoà traïng thaùi 
S 
b 
a 
Kí hieäu thuûy - khíKí hieäu logicKí hieäu ñieän 
a
X
b
Y
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
Sô ñoà traïng thaùi
L 
Tín hieäu ra
Tín hieäu ra
Tín hieäu vaøo
Tín hieäu vaøo Baûng chaân lyù 
a b X Y 
0 0 Khoâng ñoåi 
0 L L 0 
L 0 0 L 
L L Khoâng ñoåi 
a 0 
L b 
0 
L X 
0 
L 
0 Y 
Hình 3.33 Phaàn töû nhôù 2 in / 2 out 
4.2.8. Phaàn töû thôøi gian 
- Phaàn töû thôøi gian môû treã theo chieàu döông : bieåu ñoà thôøi gian vaø kí hieäu moâ taû ôû 
hình 3.34. 
- Phaàn töû thôøi gian ngaét treã theo chieàu döông : bieåu ñoà thôøi gian vaø kí hieäu moâ taû ôû 
hình 3.35. 
 43 
R
A
P
X
X
RP
A
Hình 3.35 Phaàn töû thôøi gian ngaét treã theo chieàu döông 
Kí hieäu thuûy khí Bieåu ñoà thôøi gian
X
A
t1 
Hình 3.34 Phaàn töû thôøi gian môû treã theo chieàu döông 
Bieåu ñoà thôøi gianKí hieäu thuûy - khí
A
X
t1 
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 
- Phaàn töû thôøi gian ngaét treã theo chieàu aâm : bieåu ñoà thôøi gian vaø kí hieäu moâ taû ôû hình 
3.36. 
]]]]]] 	 ^^^^^^ 
A
RP
X
A
t1 
Bieåu ñoà thôøi gian 
Hình 3.36 Phaàn töû thôøi gian ngaét treã theo chieàu aâm
Kí hieäu thuûy khí 
X
 44