Giáo trình Điều khiển khí nén và thủy lực

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM 
[[[[[	\\\\\ 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 
TH.S LÊ VĂN TIẾN DŨNG 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Mục lục 
MỤC LỤC 
Lời mở đầu 1 
Mục lục 2 
PHẦN I : ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 
CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
1.1. Sơ lược về hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực 6 
1.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng khí nén & thủy lực 8 
1.2.1. Hệ thống khí nén 
1.2.2. Hệ thống thủy lực 
1.3. Phạm vi ứng dụng của điều khiển khí nén & thủy lực trong công nghiệp 9 
1.3.1. Ứng dụng của hệ thống khí nén 
1.3.2. Ứng dụng của hệ thống thủy lực 
1.4. Đơn vị đo của các đại lượng cơ bản 12 
1.4.1. Áp suất 
1.4.2. Lực 
1.4.3. Công 
1.4.4. Công suất 
1.4.5. Độ nhớt động 
CHƯƠNG 2 - CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ NGUỒN NĂNG LƯỢNG 
2.1. Khí nén 16 
2.1.1. Sản xuất khí nén 
2.1.2. Phân phối khí nén 
2.1.3. Xử lý nguồn khí nén 
2.2. Thủy lực (dầu ép) 23 
2.2.1. Cung cấp năng lượng dầu 
2.2.2. Xử lý nguồn dầu 
PHẦN II: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
KHÍ NÉN & THỦY LỰC 
CHƯƠNG 3 - PHẦN TỬ ĐƯA TÍN HIỆU VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN 
3.1. Các phần tử đưa tín hiệu 32 
3.1.1. Tín hiệu không điện 
3.1.2. Tín hiệu điện 
3.2. Các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển 39 
3.2.1. Phần tử YES 
3.2.2. Phần tử NOT 
3.2.3. Phần tử AND 
3.2.4. Phần tử OR 
3.2.5. Phần tử NAND 
3.2.6. Phần tử NOR 
3.2.7. Phần tử Nhớ Flip-Flop 
CHƯƠNG 4 - CÁC PHẦN TỬ CHẤP HÀNH 
 3 
4.1. Động cơ (motor) 46 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Mục lục 
4.1.1. Động cơ bánh răng 
4.1.2. Động cơ trục vít 
4.1.3. Động cơ cánh gạt 
4.1.4. Động cơ pít tông hướng kính 
4.1.5. Động cơ pít tông hướng trục 
4.2. Xy lanh (Cylinder) 49 
4.2.1. Xy lanh tác động đơn 
4.2.2. Xy lanh tác động kép 
4.2.3. Xy lanh màng 
4.2.4. Xy lanh quay 
CHƯƠNG 5 - CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐIỀU KHIỂN 
5.1. Khái niệm 58 
5.2. Các phần tử điều chỉnh 59 
5.2.1. Van an toàn và van tràn 
5.2.2. Van cản 
5.2.3. Van giảm áp 
5.2.4. Van tiết lưu 
5.2.5. Van chân không 
5.2.6. Van điều chỉnh thời gian 
5.3. Các phần tử điều khiển 62 
5.3.1. Van một chiều 
5.3.2. Van đảo chiều 
5.3.3. Các van tuyến tính 69 
CHƯƠNG 6 - TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 
6.1. Tổn thất trong hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực 
6.1.1. Tổn thất trong hệ thống khí nén 78 
6.1.2. Tổn thất trong hệ thống thủy lực 82 
6.2. Cơ sở tính toán truyền động hệ thống 
6.3. Tính toán một số mạch điển hình 90 
PHẦN III: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ 
CHƯƠNG 7 - PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 94 
7.1. Lý thuyết đại số boole 96 
7.2. Phân loại phương pháp điều khiển 100 
7.3. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển 103 
7.3.1. Biểu diển chức năng của quá trình điều khiển 103 
7.3.1.1. Biểu đồ trạng thái 
7.3.1.2. Sơ đồ chức năng 
7.3.1.3. Lưu đồ tiến trình 
7.3.2. Viết phương trình điều khiển 108 
7.3.3. Vẽ sơ đồ mạch điều khiển 109 
7.4. Điều khiển bằnh lập trình 111 
 4 
Tài liệu tham khảo 118 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Lời nói đầu 
LỜI NÓI ĐẦU 
Cùng sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động
hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén –
thủy lực sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết
các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện
vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, máy bay,
tàu thủy, máy y khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm, do
những thiết bị này làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm
bảo chính xác , công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và lắp
đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp so với các thiết bị
truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện. 
Nhằm trang bị cho bạn đọc nền kiến thức tốt nhất để tiếp
cận nhanh chóng với các thiết bị của hệ thống điều khiển khí
nén – thủy lực trong thực tế. Bằng những kinh nghiệm tác giả
đúc kết được của nhiều năm làm việc thực tiễn trên các máy,
công nghệ điều khiển số hiện đại góp phần vào đào tạo
nguồn nhân lực, tác giả đã biên soạn ra cuốn sách này. 
Cuốn sách “Điều khiển khí nén & thủy lực” được tác giả
tổng hợp từ những kiến thức cơ bản của các lĩnh vực liên
quan. Hy vọng qua nội dung của cuốn sách này bạn đọc có
thể tính toán, thiết kế, lắp đặt và điều khiển được một hệ
thống truyền dẫn khí nén & thủy lực theo các yêu cầu khác
nhau. 
Trong quá trình biên soạn cuốn sách này, không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp của các
độc giả gần xa. 
Tp.HCM, ngày 17 tháng 10 năm 2004
Tác giả 
 1 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 1 – Đại cương về điều khiển Khí nén & Thủy lực 
PHẦN I 
ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN 
KHÍ NÉN & THỦY LỰC 
CHƯƠNG 1 
 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
 ¾ Sơ lược về hệ thống điều khiển khí
nén & thủy lực 
ƒ Hệ thống điều khiển 
ƒ Tín hiệu điều khiển 
ƒ Điều khiển vòng hở 
ƒ Điều khiển vòng kín 
¾ Ưu và nhược điểm của hệ thống
điều khiển thủy lực & khí nén 
¾ Phạm vi ứng dụng 
¾ Công thức và đơn vị đo cơ bản 
¾ Bài tập 
 5 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 1 – Đại cương về điều khiển Khí nén & Thủy lực 
1.1. SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 
1.1.1. Hệ thống điều khiển 
Hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực bao gồm các phần tử điều khiển và cơ cấu 
chấp hành được nối kết với nhau thành hệ thống hoàn chỉnh để thực hiện những nhiệm vụ 
theo yêu cầu đặt ra. Hệ thống được mô tả như hình 1-1. 
 Năng lượng điều khiển
Phản hồi
Cơ cấu chấp hành ( biến 
năng lượng -> cơ năng) 
Xử lý thông tin,
điều khiển 
Tín hiệu 
đầu vào 
Hình 1.1 Hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực 
- Tín hiệu đầu vào: nút nhấn, công tắc; công tắc hành trình; cảm biến. 
- Phần xử lý thông tin: xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay 
đổi trạng thái của phần tử điều khiển: van logic And, Or, Not, Yes, Flip-Flop, rơle 
- Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng ( lưu lượng, áp suất) theo yêu cầu, thay 
đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành: van chỉnh áp, van đảo chiều, van tiết lưu, ly hợp 
- Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch 
điều khiển: xy lanh khí-dầu, động cơ khí nén-dầu. 
- Năng lượng điều khiển: bao gồm phần thông tin và công suất. 
Phần thông tin: 
-điện tử 
- điện cơ 
- khí 
- dầu 
- quang học 
- sinh học 
Phần công suất: 
- Điện: công suất nhỏ, điều khiển hoạt động dễ, nhanh. 
- Khí: công suất vừa, quán tính, tốc độ cao. 
- Thủy: công suất lớn, quán tính ít - dễ ổn định, tốc độ thấp. 
1.1.2. Các loại tín hiệu điều khiển 
Trong điều khiển khí nén và thuỷ lực nói chúng ta sử dụng hai loại tín hiệu: 
 6 
+ tương tự (hình 1.2.a) 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 1 – Đại cương về điều khiển Khí nén & Thủy lực 
+ rời rạc (số) (hình 1.2.b). 
 S(signal) 
S(signal) 
 1
0 
t (time)t (time) Hình 1.2.b Hình 1.2.a
1.1.3. Điều khiển vòng hở 
Hệ thống điều khiển vòng hở là không có sự so sánh giữa tín hiệu đầu ra với tín 
hiệu đầu vào, giá trị thực thu được và giá trị cần đạt không được điều chỉnh, xử lý. Hình 
1.3 mô tả hệ thống điều khiển tốc độ động cơ thủy lực. 
Tốc độ 
- Thay đổi tải trọng
- Thay đổi lưu lượng bơm
- Thay đổi áp suất hệ 
- Thay đổi t0 dầu
Lưu lượng Lưu lượng Động cơ 
thủy lực 
Giá trị đặt Van điều 
khiển tỉ lệ
 Hình 1.3 Hệ thống điều khiển hở tốc độ động cơ thủy lực 
1.1.4. Điều khiển vòng kín (hồi tiếp) 
Hệ thống mà tín hiệu đầu ra được phản hồi để so sánh với tín hiệu đầu vào. Độ 
chênh lệch của 2 tín hiệu vào ra được thông báo cho thiết bị điều khiển, để thiết bị này tạo 
ra tín hiệu điều khiển tác dụng lên đối tượng điều khiển sao cho giá trị thực luôn đạt được 
như mong muốn. Hình 1.4 minh họa hệ thống điều khiển vị trí của chuyển động cần pít 
tông xy lanh thủy lực. 
 Bộ điều 
khiển tỉ lệ 
Khuếch 
đại tỉ lệ
- 
+ 
Phần tử 
so sánh 
kp
Vị trí
Đo lường vi trí
Tín hiệu 
điều khiển
 (u) Lưu lượng Van điều 
khiển tỉ lệ
Giá trị đặt Xy lanh 
thủy lực 
Hình 1.4 Hệ thống điều khiển kín vi trí pít tông thủy lực 
 7 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 1 – Đại cương về điều khiển Khí nén & Thủy lực 
1.2. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY 
LỰC 
1.2.1. Khí nén 
a) Ưu điểm 
− Tính đồng nhất năng lượng giữa phần I và P ( điều khiển và chấp hành) nên bảo 
dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện. 
− Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: 3 – 8 bar. 
− Khả năng quá tải lớn của động cơ khí 
− Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật 
− Tuổi thọ lớn 
− Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo 
hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và bảo đảm môi 
trường sạch vệ sinh. 
− Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất 
áp suất trên đường dẫn ít. 
− Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn 
nữakhả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nền truyền động có thể đạt được vận tốc rất 
cao. 
b) Nhược điểm 
− Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử 
− Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử , chỉ điều khiển theo chương trình 
có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém. 
− Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh. 
− Lực truyền tải trọng thấp. 
− Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn 
− Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng. 
1.2.2. Thủy lực 
a) Ưu điểm 
- Truyền động được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động 
với độ tin cậy cao, đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng. 
- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và không cấp nhờ các thiết bị điều khiển kỹ thuật 
số hóa, dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hoặc chương trình đã cho sẵn. 
- Kết cấu nhỏ gọn, nối kết giữa các thiết với nhau dễ dàng bằng việc đổi chỗ các mối nối 
ống. 
- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp 
hành. 
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao. 
- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử 
dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong trường hợp cơ khí hay điện. 
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp. 
- Tự động hóa đơn giản dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa. 
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn. 
 8 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 1 – Đại cương về điều khiển Khí nén & Thủy lực 
b) Nhược điểm 
- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và 
phạm vi ứng dụng. 
- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của dầu và tính 
đàn hồi của đường ống dẫn. 
- Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển. 
- Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi chương trình làm 
việc. 
- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ 
nhớt của chất lỏng thay đổi. 
1.3. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC 
1.3.1. Phạm vi ứng dụng của điều khiển khí nén 
Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng rộng rãi ở những lĩnh vực mà ở đó vấn 
đề nguy hiểm, hay xảy ra các cháy nổ, như: các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; 
hoặc được sử dụng trong ngành cơ khí như cấp phôi gia công; hoặc trong môi trường vệ 
sinh sạch như công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng 
khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm, như: rữa bao bì tự động, 
chiết nước vô chai; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của các băng tải, thang máy 
công nghiệp, thiết bị lò hơi, đóng gói, bao bì, in ấn, phân loại sản phẩm và trong công 
nghiệp hóa chất, y khoa và sinh học. 
1.3.2. Phạm vi ứng dụng của điều khiển thủy lực 
Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp, như: máy 
ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, máy xúc, tời kéo, 
 Dưới đây là một số hình minh họa về ứng dụng của hệ thống điều khiển khí nén và 
thủy lực. 
Hệ thống nâng bảo dưỡng xe
Táy máy gắp sản phẩm bằng khí nén 
 9 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 1 – Đại cương về điều khiển Khí nén & Thủy lực 
Khuôn tạo dè xe máy Máy cắt thủy lực 
Ghép các cơ cấu khuôn 
Máy ép thủy lực 
Máy cán thủy lực 
 10 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 1 – Đại cương về điều khiển Khí nén & Thủy lực 
Máy ép đế giày 
Máy chấn thủy lực 
Máy uốn ống thủy lực 
Phân loai sản phẩm
 Đóng gói sản phẩm
 11 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 1 – Đại cương về điều khiển Khí nén & Thủy lực 
1.4. CÔNG THỨC VÀ ĐƠN VỊ ĐO CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN 
1.4.1. Lực 
- Đơn vị của lực là Newton (N). 1 Newton là lực tác động lên đối trọng có khối lượng 1kg 
với gia tốc 1 m/s2. 
1 N = 1 kg.m/s2 
1.4.2. Aùp suất 
- Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal. 
- Pascal (Pa) là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông 
góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N). 
1 Pascal = 1 N/m2 = 1kg m/s2/m2 = 1kg/ms2 
- Ngoài ra còn dùng đơn vị bar: 
1 bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at 
- Một số nước tư bản còn dùng đơn vị psi ( pound (0.45336 kg) per square inch (6.4521 
cm2) 
Kí hiệu lbf/in2 (psi); 1 bar = 14,5 psi 
- Aùp suất có thể tính theo cột áp lưu chất 
P = wh 
Trong đó: w trọng lượng riêng lưu chất 
 h chiều cao cột áp 
1.4.3. Lưu lượng 
- Lưu lượng là vận tốc ... nhánh
Rẽ nhánh
Vị trí chuyển tiếp
Ghi chúNhập, xuất dữ liệu
Hình 7.17 - Kí hiệu biểu diễn lưu đồ tiến trình 
 106 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
7.3.1.3.2. Thiết kế lưu đồ tiến trình 
Nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển ở hình 7.10 được thực hiện như sau: 
1S3
Hình 7.18 - Nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển 
- Bước thực hiện thứ nhất: 
Khi pittông ở vị trí ban đầu (1S2 =1, 1S3=0) nút nhấn khởi động 1S1 tác động pittông đi ra 
(1A+). 
- Bước thực hiện thứ hai: 
Khi pittông đi đến cuối hành trình chạm công tắc 1S2, pittông sẽ lùi về (1A-). 
- Bước thực hiện thứ ba: 
Tại vị trí ban đầu pittông chạm công tắc 1S2, quá trình điều khiển kết thúc. 
Quá trình điều khiển được viết như sau: 
- Bước thực hiện thứ nhất: 
1S1∧1S2∧1S3= 1A+ → 1S3 
- Bước thực hiện thứ hai: 
1S3=1A- → 1S2 
- Bước thực hiện thứ ba: 
1S2 = kết thúc quá trình 
Khởi động
1S1 =1 
1S2 =1 
1S3 =1 
1
có 
có 
không
không 
1A-
có
Kết thúc
không 
1
1S1 =1
1S3 =1
1A+
có
có 
không
không
Hình 7.19 - Lưu đồ tiến trình điều khiển 
 107 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
7.3.2. Viết phương trình điều khiển của hoạt động hệ thống 
- Dựa vào biểu đồ trạng thái hoạt động theo thời gian của quá trình làm việc hệ thống, dựa 
vào lý thuyết đại số Boole và các phần tử có chức năng nhớ trạng thái ta có thể viết ra 
được các phương trình các bước điều khiển của quá trình. 
- Ta có thể tối ưu các phương trình điều khiển đó tới mức chứa ít tham số biến vào ra càng 
ít để đơn giản mạch điều điều khiển và giảm tốn kém về sử dụng các phần tử không cần 
thiết. 
Ví dụ: 
Hình 7.20 – Hệ thống ép bã đậu 
S0 S1 S2 
v3 
v1 S1 v2 S2 S0
Quy trình điều khiển piston để nén 
chặt các bã đậu thành các khối bánh 
được mô tả ở hình 7.20. Tại các vị trí 
S0, S1 và S2 có các công tắc hành 
trình tương ứng x0, x1 và x2. Nút nhấn 
thức hiện hành trình ép là Sp. Đầu 
tiên piston chạy với tốc độ v1 trong 
đoạn hành trình không ép S0S1, và sẽ 
chạy chậm với v2 trong hành trình ép 
S1S2. Gặp S2 piston sẽ giật lùi về với 
vận tốc lớn nhất v3 và kết thúc chu 
kỳ ép tại S0. (chú ý: v3> v1 > v2). 
Với nguyên lý hoạt động của quy 
trình ép ta xây dựng được sơ đồ mạch 
động lực như sau: 
Bước 0-1 
Tại vị trí khởi đầu của bước 0 – 1, 
khi đồng thời S0 bị tác động và nút 
Sp được nhấn thì thực hiện bước 0 
–1, tức là A+ thực hiện. Và nó vẫn 
thực hiện sau khi ta thả nút nhấn 
điều này phải nhớ trạng thái của 
A+. 
Phương trình viết như sau: 
100 ])[( SKSSK p ∧∨∧= 
Bước 1-2 
- Tại vị trí 1, tín hiệu S1 tác động kết thúc 
bước 0-1 và thực hiện bước 1-2, cũng là 
A+ nhưng vận tốc v1. Khi thực hiện 1-2 
thì S1 sẽ thôi tác động, vẫn thực hiện A+ 
tức là phải nhớ trạng thái này. 
0
1
0 1 2 3 = kết thúc
Bước thực hiện
Piston 1A
S0
S2
S0 
S1
Sp
Xy lanh A+ A+ A- KT 
Công tắc hành trình S0 S1 S2 S0 
Nam châm điện 1Y1 2Y1 1Y2 2Y2
- Phương trình viết như sau: 
 108 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
22111 ])[( KSKSK ∧∧∨= 
Bước 2-3 
- Khi piston gặp S2 thì kết thúc bước 1-2 và thực hiện bước giật lùi 2-3 (A-) và kết thúc tại 
S0. Khi thực hiện bước 2-3 thì S2 thôi tác động nhưng A- vẫn hoạt động, tức phải có nhớ 
trạng thái của nó. 
- Phương trình được viết như sau: 
0222 )( SKSK ∧∨= 
7.3.3. Vẽ sơ đồ mạch điều khiển 
- Mạch điều khiển là tổ hợp các tầng. Tầng là tổ hợp của các phần tử logic điện theo các 
phương trình điều khiển đã viết được ở trên. 
- Mỗi phương trình điều khiển có thể xem như là một tầng. Trong đó Kn là hàm của các 
tầng và được gán cho các đầu ra công suất của các van điều khiển. 
Tầng 2 Tầng 3Tầng 1
7.3.4. Ví dụ 
Một thanh hàn nhiệt điện được ép vào 
một trống tròn xoay được làm mát bằng 
xy lanh khí nén tác động kép (1A) và hàn 
tấm plastic thành các ống, hình 7.21. 
Hành trình duỗi ra được kích bằng một nút 
nhấn 1S1. Hành trình duỗi với áp suất là 4 
bar và khi 1S4 được tác động thì bắt đầu 
ép cho tới áp suất ép tăng đến 8 bar thì 
piston giật về. Gặp 1S3 thì piston dừng 
lại, sau 2 giây thì chu kỳ ép mới lại bắt 
đều. Trong mạch sử dụng van 5/2/2 coil. 
Xây dựng mạch điều khiển của cơ cấu 
hàn nhiệt điện. 
Giải: 
• Biểu đồ trạng thái được mô tả hình 7.22. 
 109 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
Xy lanh A+ A+ A- 0 A+ 
Công tắc hành trình 1S3 1S4 p 1S3 t 
Nam châm điện 1Y1, 
2Y1 
1Y1 1Y2 0 1Y1, 
2Y1 
ƒ Viết phương trình điều khiển 
Vì hoạt động của hệ thống được thực hiện liên tục, do vậy trạng thái nhấn của 1S1 tại (1) 
được duy trì trong suốt quá trình. 
)11( 00 KSK ∨= 
Bước 1-2 
PKSSK ∧∨∧= ])3111[ 11 
4112 SKK ∧= 
1Y1 = K1 
2Y1 = K2 
Bước 2-3 
31)33 SKpK ∧∨= 
1Y2 = K3 
Bước 3-1 Thực hiện chu kỳ mới kế tiếp sau khoảng thời gian trì hoãn t. 
04 31 KtSK ∧∧= 
)( 141 KKK ∨= 
Ta có thể sử dụng luật kết hợp để tôi ưu các tầng ở bước 1-2 và 3-1. 
ƒ Xây dựng mạch điện điều khiển 
Căn cứ vào số phương trình ở trên ta có số tầng tương ứng. Mạch được thể hiện dưới đây: 
 110 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
7.4. ĐIỀU KHIỂN BẰNG LẬP TRÌNH 
- Trên đây, chúng ta đã sử dụng lý thuyết đại số Boole, các phần tử nhớ để tổ hợp thành 
các phương trình điều khiển và sử dụng các luật logic để tối ưu chúng. Bước kế tiếp mới 
tiến hành xây dựng mạch điều khiển trên tổ hợp đã tối ưu được. 
- Với phương thức này sẽ gặp nhiều khó khăn đối với những hệ thống có quá trình hoạt 
động phức tạp, hệ thống đòi hỏi phải thay đổi các thông số làm việc thường xuyên, khó 
khăn khi bảo trì, sửa chữa hoặc cải tiến, nâng cấp để phù hợp với nhu cầu. Mặc khác 
phương thức này tốn kém chi phí, không gian và tính an toàn, ổn định làm việc rất thấp 
ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả sản xuất. 
- Để giải quyết những hạn chế của phương thức này người ta đã sử dụng các bộ điều khiển 
có khả năng lập trình thay thế hoàn toàn cho các mạch điều khiển trên tạo ra một sự linh 
hoạt mềm dẻo từ ý tưởng đến hoàn thiện mạch. 
- Sử dụng bộ điều khiển lập trình, chúng ta không cần quan tâm đến bản chất của sự nối 
mạch do điều này được giải quyết bằng chương trình. 
- Chương trình có thể viết dưới dạng ngôn ngữ STL, LADDER, FBD. Trong phần này tác 
giả sử dụng ngôn ngữ đơn giản LADDER để mô tả và lập trình các hoạt động của hệ 
thống. 
7.4.1. Một số lệnh cơ bản viết chương trình 
STT Lệnh Kí hiệu Toán hạng Loại dữ liệu 
1 Tiếp điểm thường 
hở – thường đóng 
I, Q, M, SM, T, C, V, 
S, L 
Bool 
2 Tiếp điểm cạnh 
dương – cạnh âm 
I, Q, M, SM, T, C, V, 
S, L 
Bool 
 111 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
 112 
STT Lệnh Kí hiệu Toán hạng Loại dữ liệu
3 Nhớ bit – xóa bit 
I, Q, M, SM, T, C, V, S, 
L 
Bool 
4 Gán ngõ ra 
I, Q, M, SM, T, C, V, S, 
L 
Bool 
5 Phủ định bit 
I, Q, M, SM, T, C, V, S, 
L 
Bool 
6 Mở trễ theo thời 
gian 
Txxx: Constant 
IN: I, Q, M, SM, T, C, 
V, S, L 
Word 
Bool 
7 Tắt trễ theo thời 
gian 
Txxx: Constant 
IN: I, Q, M, SM, T, C, 
V, S, L 
Word 
Bool 
8 So sánh = =, , 
=>, , < 2 số 
nguyên 
IW, QW, MW, SW, 
SMW, T, C, VW, LW, 
AIW, AC, Constant, 
*VD, *LD,*AC 
int 
9 Cộng và trừ 2 số 
nguyên 
IW, QW, MW, SW, 
SMW, T, C, VW, LW, 
AIW, AC, Constant, 
*VD, *LD,*AC 
Int 
10 Nhân và chia 2 số 
nguyên 
IW, QW, MW, SW, 
SMW, T, C, VW, LW, 
AIW, AC, Constant, 
*VD, *LD,*AC 
Int 
11 Đếm lên 
PV:VW, IW, QW, MW, 
SMW, LW, AIW, AC, 
T, C, Constant, *VD, 
*AC, *LD, SW 
CU,R: power flow
Int 
Bool 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
 STT Lệnh Kí hiệu Toán hạng Loại dữ liệu 
12 Đếm xuống PV:VW, IW, QW, 
MW, SMW, LW, 
AIW, AC, T, C, 
Constant, *VD, *AC, 
*LD, SW 
CD,LD: power flow 
int 
Bool 
7.4.2. Viết chương trình cho mạch điều khiển 
Ví dụ: Máy dập đầu phôi thép tự động trong dây chuyền sản xuất trụ điện bê tông tiền áp. 
• Tác động tín hiệu khởi động ( nút nhấn PB start) pít tông kẹp chặt dịch chuyển từ vị trí 
A đến B thực hiện kẹp chặt phôi, lúc này LS2 được tác động và pít tông dập dịch 
chuyển từ vị trí C đến D để dập định hình phôi ( theo hình dạng khuôn) lúc này LS4 tác 
động làm cho pít tông dập lùi về C và LS3 tác động. LS3 tác động làm cho pít tông kẹp 
dịch chuyển từ B về A và LS1 tác động dừng quá trình dập (Hình 5). 
• Chú ý: PLC chỉ nhận tín hiệu từ PB Start khi đồng thời LS1 và LS3 bị tác động. 
PB start (D) 
(C) 
LS1
(A)
LS2
(B)
LS4 
LS3 
 113 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
 114 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
BÀI TẬP CHƯƠNG 7 
Bài 1: 
Thiết kế mạch ép gia nhiệt tự động với yêu cầu kỹ thuật như sau: 
Khi nút nhấn S1 được tác động thì pittông ép đi xuống và chạm vào công tắc hành 
trình S2 thì bắt đầu gia nhiệt với thời gian t. Sau đó trở về vị trí ban đầu và chạm vào công 
tắc hành trình S3 thì quá trình tiếp tục lại từ đầu. Trong quá trình thực hiện nếu nhấn nút 
S4 thì píttông sẽ quay về vị trí ban đầu. 
Bài 2: 
Thiết kế mạch thủy lực điều khiển máy dập khuôn kim loại (hình 
BT7.1), với yêu cầu kỹ thuật sau: Lúc đầu, đầu dập ở vị trí chờ (S1), 
khi đưa chi tiết cần dập vào ta ấn nút S3, đầu dập tịnh tiến đi xuống và 
dập chi tiết, khi S2 bị tác động thì đầu dập quay về. Trong quá trình gia 
công nếu xảy ra sự cố, ấn nút S4 đầu dập sẽ ở lại vị trí đó. 
Bài 3: Thiết bị lắp ráp có độ dôi 
Thiết kế mạch điều khiển thủy lực của cơ cấu dùng để lắp ráp có độ 
dôi, với yêu cầu kỹ thuật như sau: 
Đưa chi tiết cần lắp vào vị trí lắp, ấn nút S1 cơ cấu tịnh tiến xuống lắp và ép chặt 
chi tiết đến khi đủ áp suất 20 bar, đèn H sáng, thì cơ cấu tự quay về. Nếu trong quá trình 
gia công xảy ra sự cố thì ấn nút S2 cơ cấu quay về vị trí ban đầu. 
S1
S2
Hình BT7.1
Bài 4: Cơ cấu cấp phôi theo kiện 
Thiết kế mạch điều khiển thủy lực cấp phôi theo khối kiện nhiều sản phẩm, với yêu cầu 
kỹ thuật sau: 
Nhấn nút 1S cơ cấu đẩy phôi hoạt động từ vị trí giới hạn S1 đến giới hạn S2 để đẩy 
sản phẩm. Khi công tắc S2 tác động thì pittông đẩy trở về vị trí ban đầu và thực hiện tiếp 
lần đẩy mới. Đẩy đúng 12 phôi thì ngừng ở vị trí ban đầu. Trong quá trình đẩy phôi có vấn 
đề thì nhấn nút 2S và trở về vị trí ban đầu. 
Bài 5:. 
Hệ thống vận chuyển các sản phẩm bằng các băng tải con lăn được mô tả như hình BT7.2. 
Hai băng tải chuyển động vuông góc với nhau theo trục X và Y. Nguyên lý làm việc được 
mô tả như biểu đồ trạng thái. Hãy thiết kế mạch động lực thủy lực và mạch điều khiển. 
Trong đó: 1S1, 1S2, 2S1, 2S2 là các công tắc giới hành trình; S1 là nút nhấn khởi động hệ 
thống. 
 115 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
BT7.2b
2A
1
0
1
0
1A
Biểu đồ trạng thái 
1S2 
1S1 
2S2 
1S2
S1
BT7.2a BT7.2c
Bài 6: 
Cơ cấu ép thủy lực mô tả như hình BT7.3 và biểu đồ trạng thái BT7.4. Trong quá trình 
chạy nếu tác động S2 thì dừng cơ cấu. Nếu S1 được tác động thì cơ cấu lại hoạt động tiếp 
tục. 
Hãy thiết kế mạch động lực thủy lực, viết phương trình điều khiển và thiết kế mạch 
điện điều khiển. 
Trong đó: 1S1, 1S2 là các công tắc giới hành trình; p là công tắc áp suất; T là công tắc thời 
gian. 
1S1 
BT7.4 - Biểu đồ trạng thái 
S1
1A
1S2 1S1 
0
1 Kết thúc
p = 40 bar t = 4 s
BT7.3 – Cơ cấu thủy lực 
Bài 7: 
 Hệ thống ép thủy lực được dùng để lắp ráp các chi tiết thành sản phẩm được mô tả như 
hình BT7.5. Khi nhấn nút khởi động S1 thì pittông ép thực hiện lắp ráp chi tiết cho đến áp 
 116 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Chương 7 – Thiết kế mạch điều khiển 
suất đạt đến 3Mpa thì pittông trở về vị trí ban đầu gặp 1S1 thì dừng. Trong quá trình ép 
hoặc trở về nếu nút Stop (S2) được nhấn thì pit tông dừng lại. Nếu S1 lại được nhấn thì pit 
tông sẽ tiếp tục hành trình còn lại. Hãy thiết kế mạch động lực, viết phương trình điều 
khiển và vẽ sơ đồ mạch điện. 
S1
1A Kết thúc 
1S1
0
1
1S1
p = 3 Mpa
b) Biểu đồ trạng thái a) Cơ cấu ép thủy lực
BT7.5
]]]]]] 	 ^^^^^^ 
 117 
ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN & THỦY LỰC Tài liệu tham khảo 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Phạm Công Ngô, “Lý thuyết điều khiển tự động” 
 Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1996. 
[2]. Trần Chấn Chỉnh – Lê Thị Minh Nghĩa, “Cơ học chất lỏng kỹ thuật” 
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1992. 
[3]. Nguyễn Ngọc Phương, “Hệ thống điều khiển bằng khí nén” 
 Nhà xuất bản giáo dục, 1999. 
[4] Nguyễn Ngọc Phương – Huỳnh Nguyễn Hoàng, “Hệ thống điều khiển bằng thủy 
lực” 
 Nhà xuất bản giáo dục, 1999. 
[5]. Trần Doãn Đình – Hà Văn Vui –Đỗ Văn Chi, “Truyền dẫn thủy lực 
trong chế tạo máy” 
 Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1984. 
[6]. Nguyễn Ngọc Cẩn, “Truyền dẫn dầu ép trong máy cắt kim loại” 
 Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1978. 
[7]. Ron Tocci, “Digiatal System” 
 Prentice-Hall. 
[8]. Robert N.Bateson, “Introduction To Control System Technology” 
 Maxwell Macmillan International Editions. 
[9]. Sabrie Soloman, “Sensors and Control System in Manufacturing” 
 McGraw-Hill,Inc. 
[10]. “Automation with Micro PLC SIMATIC S7-200” 
 Siemens, Germany. 
[11]. Werner Deppert – Kurt Stoll, “Pneumatic control” 
 Vogel Buchverlag, 1985. 
[12]. Werner Deppert – Kurt Stoll, “Pneumatic Application” 
 Vogel Buchverlag, 1983. 
[13]. Michael J.Pinches – John G.Ashby, “Power Hydraulics” 
 Prentice-Hall. 
[14]. “Hydraulics & Applications” 
 Yuken Kogyo Co., LTD. 
[15]. “Hydraulics Applications “ 
 Lab-Volt, 2000. 
[16]. Lê Văn Tiến Dũng, “Điều khiển lập trình PLC và mạng PLC” 
 Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM, 2004. 
 118