Thiết kế mạch và lập trình PLC trần thế san, nguyễn ngọc phương

TRÁN THE SAN - NGỤ YÊN NGỌC PHƯƠNG
3 KHÍ C H Ế TẠO MÁY
Đ
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

629.89
Pr 121 s


THIẾT KẾ MẠCH
và LẬP TRÌNH PLC


TRẦN THẾ SAN - NGUYÊN n g ọ c

ph ươ ng

Khoa Co' Khí Chế Tạo Máy
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM

THIẾT KẾ MẠCH và LẬP TRÌNH

PLC

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT


L ờ i nói đầu
Bộ điều khiển lập trình (PLC — Programmable Logic. Control­
ler), bước p h á t triển mới trong kỹ thuật điều khiển, được sử dụng
ngày càng rộng rãi. Các vấn đề cơ bản về lý thuyết mạch và điều

khiển điện - điện tử là cơ sở đ ể p h á t triển bộ điều khiển lập trình.
Các học viên trường công nhân kỹ thuật, sinh viên cao đẳng và đại
học chuyên ngành điện và cơ k h í đã và đang được học về điều
khiến lập trình, cả lý thuyết và thực hành, do các ứng dụng ngày
càng rộng rãi của PLC trong thực tiễn. Cuốn sách này trình, bày
dưới dạng các bài tập lớn (gồm 24 bài) chia làm hai phần.
P h ầ n I: Đ iề u k h iể n đ ộ n g c ơ b ằ n g cơ đ iệ n tử. Phần này có
năm bài tập lớn, trình bày tóm tắt lý thuyết và thực hành các mạch
điều khiển cơ bản.
P h ầ n II: L ậ p trìn h . Phần này gồm 19 bài tập lớn.
T ấ t cả các bài tập được sắp xếp theo thứ tự từ dễ đến khó, từ
đơn giản đến phức tạp và có tính thực tiễn. Mỗi bài đều nêu rõ mục
đích, nội dung, tài liệu đọc thêm , vật tư, và các bước thực hiện.
K èm theo m ỗi bài tập là các thí nghiệm và câu hỏi. Các bài tập và
th í nghiệm đều có th ể được thực hiện với sự hướng dẫn của thấy cô
giáo hoặc học viên tự thực hiện đ ể nâng cao trình độ.
Cuối sách là phụ lục về các lệnh dùng trong lập trình logic và
danh mục các linh kiện thông dụng.
M ục đích cuốn sách là phục vụ rộng rãi bạn đọc, từ các học
viên, sinh viên đ ể làm tài liệu học tập, đến các thầy cô giáo để
tham khảo. Ngoài ra, mọi bạn đọc yêu thích điện điều khiển và lập
trình logic đều có th ể tìm được ở đây nhiều điều thú vị.


PHÂN I
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG c ơ BẰNG c ơ ĐIỆN TỬ
Trong phần này, các bài tậ p lớn sẽ giúp bạn làm quen với các linh
kiện cơ điện tử và sơ đồ logic bậc thang. Các mẫu logic bậc thang được
giới thiệu nhằm cung cấp ý tưởng cơ bản về nguvên lý vận hàn h các
m ạch điện được dùng trong ứng dụng thực tế. Ớ đây đặc biệt nhân m ạnh

việc sử dụng các điều khiển điện áp th ấp để băo đảm môi trường an
toàn. Ngày nay, các bộ điều khiển lập trìn h đã thay th ế hầu h ế t các
relay điện tử và bộ thời chuẩn. Tuy nhiên, sự phân tích logic vẫn giữ
nguyên giá trị, và kiến thức cơ bản về lĩnh vực này vẫn là cơ sở đế hiếu
các kỹ th u ậ t lập trìn h .
NỘI DUNG. Sau khi hoàn t ấ t phần này bạn sẽ có khả năng:
•

T hiết k ế và k ế t nối các sơ đồ bậc th an g biểu thị quan hệ logic cùa
các tín hiệu nhập và xuất.

•

Xây đựng m ạch điều k h iển sử dụng nút nh ấn và bộ khởi động của
động cơ với điện áp toàn phần.

•

N ghiên cứu các nguyên tắc và các quy định cơ bản của Tiêu Chuẩn
Điện Hoa Kỳ (NEC) về m ạch điều khiển động cơ.

•

Áp dụng các công tắc chọn kiểu n h ấ n - xoay cho nhiều hệ thông
logic.

•

P h â n tích m ạch trễ thời gian - on và thời gian - off, áp dụng
chúng trong m ạch điều khiển công nghiệp.

•

Hiểu công dụng của quá tả i trong các bộ khởi động của động cơ ba
pha.

•

Xác lập các m ạch điều khiển th u ận và đảo chiều đế’ tạo ra chuỗi
thứ tự chuyên biệt.

•

Chọn các bộ khởi động cuộn dây điện áp th ấp IEC hợp lý.

•

N h ận biết và nôi k ế t các module nhập/xuất của bộ điều khiển lập
trình.

•

Lập trìn h các tham số của bộ truyền động AC điều chỉnh tầ n sô'.

7


Gài tập lé* f' ỡ
CÁ C MẠCH ĐỪNG - KHỞÍ ĐỘNG
MỤC ĐÍCH

T h iế t k ế và nối k ế t m ạch n ú t n h ấ n dừng - khởi động dùng để điều
k h iể n bộ k h ỏ i động đ iện áp to à n p h ần .

NỘI DUNG
Sau k h i hoàn t â t b ài tậ p n àv b ạ n sẽ có k h ả năng:
•

H iểu các bộ khở i động đ ịn h mức NEM A và IEC điện áp toàn
p h ẩn .

•

H iểu các m ạch dừng - khới động.

•

Nô'i k ế t các tiế p đ iểm rela y quá tả i và bao kín.

•

H iểu m ục 430 của N EC về động cơ, m ạch động cư, và bộ điều
k h iển .

T ài liệu đọc th êm : Đ ộng cơ điện , m ạch bảo vệ, m ạch điều khiến.

VẬT LIỆU
Nguồn đ iện 24V và 120V AC.
(2) Bộ khởi động IEC , với các cuộn 24V AC và các công tắc phụ NC/
NO (thường đóng/thư ờng mở).
(2) N ú t n h â n dừng - khởi động.

(1) N út n h ấ n khởi động.
(3) Đèn th í ng h iệm 24V.
(1) Đ èn th í ng h iệm 120V.
(3) Relay với 2 công tắ c NC và 1 công tắc NO.

IECvò NEMA- Các tổchức chuyên ngành
IEC (In te rn a tio n a l E lectric - Technioal Oom m ission — ử y ban Đ iện
- Kỹ th u ậ t Quốủ tế) th à n h lậ p n ăm 1906 nh ằm nỗ lực tậ p tru n g hóa các
tiêu chuẩn về tra n g th iế t bị diẹn tro n g các nước công nghiệp. Cơ quan

8


bầu cử gồm các quốc gia th à n h viên, mỗi quốc gia có một phiếu bầu vào
ủy ban.
IEC là tổ chức quôc tế. Các hoạt động của ủy ban theo truyền thống
chủ yếu là đưa ra các khuyến nghị về các tham sô' th iế t kế săn phẩm và
các quy trìn h kiểm nghiệm . Các nhà sản xuất có th ể kiểm nghiệm và
công bô' thông tin kỹ th u ậ t cung cấp cơ sở cho khách hàng để so sánh
theo định mức cho trước. Các tiêu chuẩn IEC phản ánh nhu cầu và triế t
lý kỹ th u ậ t của các quốc gia th à n h viên. Trên cơ sở đó, các nhà sản xuất
Mỹ th à n h lập H iệp Hội Quốc Gia Các Nhà Sản Xuất Điện (National
Electrical M anufacturers Association — NEMA.) năm 1926.
NEMA đưa ra các tiêu chuẩn th iế t kê và các thông sô' kỹ th u ậ t kiem
nghiệm để th iế t lập tiêu chuẩn hóa cho công nghiệp điện Bác Mỹ.

Triết lý thiết kế
Nói chung, thường có quan niệm sai lầm cho rằn g các tiêu chuẩn IEC
và NEMA r ấ t khác nhau do các th iế t k ế khác nhau. Trên thực tế, th iết
kê p h ả n án h môi trường kinh tê' và chính trị trong đó th iế t ké hình

th àn h . Cả hai loại th iế t kê này đều nh ằm đáp ứng các nhu cảu thị trương
sử dụng các triế t lý riêng.
Các bộ khởi động NEMA được th iế t kê nhằm dễ dàng lựa chọn và
thích hợp với khoảng ứng dụng rộng. Các tiêu chuẩn NEMA về cơ bản là
tiêu chuẩn lựa chọn. Các n h à sản xuât th iết kê' th iế t bị của ho đế lựa
chọn phù hợp hệ thông các kích cỡ. Với các bộ khởi động NEMA, kích cỡ
có cùng định mức đối với ứng dụng thích hợp b ất kỳ, b ất kể nhà sản
xuất. Các th iế t kê' NEMA có mức hiệu suất cao trong khoảng ứng dụng
rộng. Cách tiếp cận này làm cho sản phẩm có tín h dự phòng cao, do vậy
thường có kích thước lớn.
Các tiêu chuẩn IEC về cơ bản là tiêu chuẩn vận hành do các bộ khởi
động phải đ ạ t được các yêu cầu vận h à n h với định mức cho trước. Với các
bộ khởi động IEC, sự lựa chọn chủ yếu dựa trê n ứng dụng và điều kiện
vận h à n h . Khi lựa chọn bộ khởi động IEC, bạn phải xét các yếu tố về tải,
sử dụng, và tuổi thọ về điện của ứng dụng đó. Các câp AC3 và AC4 được
dùng phổ biến khi lựa chọn bộ khởi động IEC cho các động cơ công
nghiệp tiêu chuẩn. Các n h à sả n xuất kiểm nghiệm sản phẩm của họ theo
các tiêu chuẩn này để công bô' định mức hoặc tuổi thọ tiếp điểm. Điểu
khác b iệt là các bộ khởi động NEMA được chê' tạo để lựa chọn theo hệ
thống các kích cỡ. Với các bộ khởi động IEC sự lựa chọn dựa trê n các
cấp sử dụng và đường cong tuổi thọ - tải. Cả hai loại sán phầm NEMA
và IEC đều có th ể được chọn để có sự vận hàn h tòi Ưu trong khoảng rộng

9


các ứng dụng. Cả h ai đều cần được chọn m ột cách cấn th ậ n để bảo đảm
sự vận h à n h hợp lý.

Bảo vệ quá tải

Bảo vệ quá tả i là p h ầ n tích hợp trong bộ khởi động, bảo vệ động cơ
k h i dòng đ iện tă n g đột ngột. Các relay quá tả i thường đi kèm với bộ khởi
động theo đ ịn h mức IEC có cấp bảo vệ 10 và được th iế t k ế để v ận h à n h
tro n g 10 giây với 6 lầ n dòng đ iện tả i to àn p h ần . Các relay quá tả i n à y sử
dụng p h ầ n tử n h iệ t tíc h hợp, do đó không yêu cầu cung câ'p p h ầ n tử
n h iệ t. Để tă n g tín h lin h h o ạ t, các bộ quá tả i IEC sử dụng sự hiệu chỉnh
kiểu th a n h trư ợ t để điều ch ỉn h xác lập quá tả i đốì với các định mức dòng
tả i to àn p h ầ n k h ác n h a u tùy theo định mức động cơ.
Các bộ khở i động theo đ ịn h mức NEMA cần có th ê m p h ầ n tử n h iệ t
cho relay quá tải. Các p h ầ n tử n h iệ t n ày được quy định theo số cấp an
to à n biểu th ị thờ i gian tố i đa (tín h theo giây) relay h o ạ t động khi có dòng
đ iện gấp 6 lầ n dòng đ ịn h mức.
Relay quá tả i câ'p 10 h o ạ t động không quá 10 giây khi dòng điện gâ'p
6 lầ n định mức. C ấp 10 được đề n ghị dùng cho các động cơ với thờ i gian
k h ó a ro to r n g ắn , ch ẳn g h ạ n các bơm nước ngầm .
Relay quá tả i cấp 20 h o ạ t động không quá 20 giây nếu cường độ dòng
điện đến 600% đ ịn h mức. Loại n à y thường dùng cho các ứng dụng chung.
Relay quá tả i cấp 30 có th ờ i gian vận h à n h không quá 30 giây, thường
dùng cho các động cơ tru y ề n động tả i quán tín h cao đòi hỏi thờ i gian gia
tốc.

Sỡđề bộcthang
Phương ph áp cơ b ả n để biểu th ị ngôn ngữ điều k h iển là sơ đồ bậc
th a n g và sơ đồ m ạch. Sơ đồ bậc th a n g chỉ biểu th ị m ạch cần th iế t cho sự
v ận h à n h cơ b ản của m ạch điều k h iển , không trìn h bày quan hệ chi tiế t
giữa các lin h kiện tro n g m ạch điều k h iển, mục đích là n h ấ n m ạn h sự vận
h à n h điện của m ạch điều k h iển (H ình 1.1).
Sơ đồ bậc th a n g về cơ b ả n có hai phần: (1) nguồn công su ấ t được biểu
th ị bằn g h ai vạch đậm song song và th ẳ n g đứng, (2) dòng điện đi qua các
bộ p h ậ n trong m ạch, c h ẳn g h ạ n n ú t n h ấ n , bộ giới h ạn , tiế p điểm , cuộn

dây, công tắc quá tải. Dòng điện được vẽ b ằn g đường ngang nối giữa các
đường biếu th ị nguồn.
So' đồ m ạch có mọi lin h k iện tro n g hệ thông, biểu th ị quan hệ giữa

10


L1

|_2

Hình 1.1. Sơ đồ bậc thang dừng - khởi động.

các lình kiện này. Các nối k ế t giữa bộ khởi dộng, các công tắc và nút
n h ấ n đều được nêu chi tiế t trên sơ đồ mach. (Hình 1.2).


Nút nhấn dừng- khới động
H ìn h 1.1 m inh h ọ a n ú t n h ấ n dừng - khởi động. B ạn hãy quan s á t các
phép to án logic của m ạch dừng - khởi động. N út dừng thường đóng được
m ắc nôi tiế p với dây nguồn. Khi n h ấ n , n ú t dừng sẽ n g ắ t m ạch làm cho
cuộn dầy k h ô n g được cấp điện. N ú t khởi động thường mở cũng m ắc nối
tiế p với d ây nguồn (về logic là phép AND với n ú t dừng). Khi n h ấ n , nút
khởi động nôi m ạch đế’ cấp điện cho cuộn dây. Các bộ quá tả i cũng mắc
nối tiế p với dây nguồn. Điều n ày tạo ra bộ ba n h ậ p phép toán logic AND
với các n ú t n h â n dừng và khởi động. Các tiế p điểm làm kín m ắc song
song vứi n ú t khởi động (phép logic OR với n ú t khởi động). Khi cuộn dây
được cấp nguồn, các tiế p điểm làm kín sẽ đóng đề duy trì dòng diện
tro n g m ạch.
B ài tậ p lớn và các th í ng h iệm liên quan sẽ m in h họa các k h á i niệm

ìogic và kỹ th u ậ t có th ể được dùng với các b à i tậ p khác.
toàn . An to àn luôn luôn là v ấn đề h à n g đầu. Sử dụng các thói
quen là m việc an to à n k h ô n g đòi hỏi kỹ th u ậ t đặc b iệt, chỉ yêu cầu sứ
dụng tra n g th iế t bị đúng phương p h á p và tu ân thủ các quy định an
to àn . B ạ n cần n ắ m vững các quy định n à y trong phòng th í nghiệm .

An

B ạn h ã y á p dụng các quy đ ịn h an to àn dưới đây khi thực h iện các bài
tậ p tro n g sách này.
1. K hông ch ạm vào dây nóng. N g ắ t điện nguồn trước khi thực hiện
các th í nghiệm .
2. Sử dụng các bộ điều k h iể n điện á p th ấ p (không quá 30V) mỗi khi
có th ể .
3. Chỉ đóng m ạch nguồn để th í nghiệm khi được phép của người có
trá c h nhiệm .

CHƯỜNG TRÌNH LOGIC
1. N út nhân dừng tạm thời thường dóng. Khi nhấn, mạch bị ngắt,
động cơ dừng.
2. N ú t n h ấ n khởi động tạ m th ờ i thường mở. K hi n h ấ n , m ạch sẽ
đóng, động cơ khởi động.
3. C ông tắ c thườ ng m ở, đóng/m ở m ạch bộ khởi động.
4.

12

C ontactor động cơ điện áp to àn p h ầ n 1EC với cuộn dây 24V, AC
hoặc DC. Reỉay n h iệ t (bảo vệ) quá tả i được chon với kh o ản g dòng
diện tương ứng dộng cơ

5. N hân nút khởi động (Start) sẽ khởi động và đóng mạch trong
động cơ cho đến khi nhấn nút dừng (Stop) dể dừng động co.

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN
1. Nối m ạch điều khiển theo m ạch dừng - khởi động như trên các
H ình 1.1 và 1.2.
C hú ý : Trong bài tập này có thế không cần nối với động cơ, do
mục đích chỉ là làm quen với các mạch điều khiển.

2. Quan s á t nút n h ấ n thứ n h ấ t (dừng, Stop). Đây ià cóng tắc thường
đóng và mắc nổì tiếp với dây nguồn. Khi nhấn nút này, mạch bị
n g ắt nguồn.
3. Xem nút n h ấ n k ế tiếp (khởi động, Start). Đây là công tắc thường
mở và mắc nôi tiếp với dây nguồn (AND với nút dừng). Khi nhấn,
nút này sẽ nôi m ạch đến cuộn dây.
4. Kỹ th u ậ t thứ hai được dùng trong bài tập này là sử dụng công tắc
đóng của bộ khởi động (các công tắc nhớ của bộ khởi động). Các
công tắc này được mắc song song với nút nhấn khởi động. Các
công tắc đóng khi n h ấ n nút khởi dộng và cuộn dây được câ'p
nguồn. Công tắc vẫn đóng để duy trì dòng điện cho cuộn dây sau
khi n h ả n ú t khởi động.
5. Các công tắc quá tả i là r ấ t quan trọng trong mạch điều khiển.
Các công tắc thường đóng này sẽ mở đế bảo vệ động cơ khi có quá
tải. Công tắc quá tả i mắc nối tiếp với cuộn dây (AND với nút
n h ấ n dừng và khởi động).
6. Khi bạn hoàn tâ't các bước nêu trên, hãy kiểm tra lại mạch. Sau
khi đã chắc chắn, bạn có thể cho mạch họat động với bộ khởi
động của động cơ, kiểm tra các mạch dừng và bảo vệ quá tải.

ÔN TẬP
Sau khi hoàn th àn h ph ần thứ n h ấ t của bài tập này, bạn hãy ôn lại
kiến thức đã học bằng cách thực hiện các thí nghiệm áp dụng. Mỗi thí
nghiệm đều yêu cầu vẽ sơ đồ bậc th an g trước khi nối mạch.

13


Thí nghiệm 1.1. HAI BỘ KHỞI ĐỘNG ĐỘNG c ơ
Mục đích
T hí ng h iệm n à y yêu cầu b ạ n cải tiế n B ài tậ p 1 n h ư sau:
1. Vẽ sơ dồ bậc th a n g và m ắc bộ khởi động th ứ h a i vào m ạch của Bài
tậ p 1 (bộ kh ở i động IEC, 24V AC).
2.

Sử dụng m ạch điều k h iể n n ú t n h ấ n dừng - khởi động của Bài tập
1 để điều k h iế n cả h a i bộ khởi động.

3. N ếu m ột bộ khở i động mở công tắ c đóng hoặc công tắ c (bảo vệ)
quá tả i, cả h a i bộ khởi động đều dừng.

Sứđồ bộc thang

Câu hỏi
1. H ã y xác đ ịn h chỉ sô' catalog của các contactor và relay quá tải
(kiểu mở) IEC dùng cho động cơ AC, 3-pha, 1800 v/ph. C họn các
contactor với cuộn dây 24V. Sử dụng catalog của n h à s ả n xuất.
A. 460V, 7.5 hp, cuộn DC,
dòng tả i to à n p h ầ n (FLC) 11A.

_______ :________________

B. 230V, 5hp, cuộn AC FLC 15.2 A.

_______________________

C. 575V, 25 hp, cuộn DC FLC 27 A.

_______________________

D. 230V, 3 hp, cuộn AC FLC 9.6 A.

_______________________

E. 46V, 15 hp, cuộn AC FLC 21 A.

_______________________

2. H ãy xác đ ịn h chỉ số catalog của bộ khởi động điện áp to àn p h ầ n
IEC (vỏ kim loại) dùng cho động cơ AC, 3-pha. C họn bộ khởi động
với cuộn dây AC 24V và biến áp m ạch điều k h iển . Sử dụng c a ta ­
log của n h à s ả n xuất.

Sô' ca ta lo g

14

A. 460V, 7.5 hp, FLC 11A.

_______________________

B. 460V, 15hp, FLC 21 A.

_______________________

c.

_______________________

575V, 25 hp, FLC 27 A.


Thí nghiệm 1.2. HAÍ CẶP DỪNG - KHỞI ĐỘNG
Mục đích
Thí nghiệm này yêu cầu bạn cải tiế n Thí nghiệm 1.1 như sau:
1. Vẽ sơ đồ bậc thang, mắc thêm m ột nút dừng thường đóng và một
n ú t khởi động thường mở. Điều này sẽ cho phép bạn dừng và
khởi động hai bộ khởi động từ hai vị trí riêng rẽ.
2. Bổ sung đèn báo ở từng cặp nút nhấn. Đèn sáng khi bộ khởi động
ho ạt động, đèn có cùng điện áp với bộ khởi động.

Sơđồbộcthang

15


Thí nghiệm 1.3. KHỞI ĐỘNG LAN LƯỢT
Mục đích
Thí nghiệm n ày yêu cầu b ạ n th iế t k ế và chỉnh sửa T hí nghiệm 1.2

n h ư sau:
1. Vẽ sơ đồ bậc th a n g và nôi lại từng bộ khởi động theo m ạch nút
n h ấ n dừng - khởi động riê n g có đèn báo.
‘2. Bộ khởi động th ứ hai chỉ có th ể khởi động khi bộ khởi động thứ
n h ấ t h o ạ t động.
3. Bô' suns’ n ú t đẩy - kéo dừng k h ẩ n câ'p (E-Stop), khi đẩy sẽ n g ắ t
m ạch. Đê khới động lại p h ả i kéo n ú t n à y (xác lập lại).
4. Mắc đèn báo, cho b iế t bộ khởi động th ứ n h ấ t không h o ạ t động
(đèn sán g khi n g ắ t m ạch bộ này), nối đèn với điện 120V.

Sớđồbộc thong

Câu hỏi
1. Tìm các bộ khởi động đ iện á p to àn p h ầ n (NEMA) và kích cỡ bộ
cấp n h iệ t cho các động cơ. Sử dụng catalog của n h à sả n xuất.
Bộ cấp n h iệ t

Đ ộ n g cơ
A. 5hp, 460V, FLC 7.6 A.

Cỡ bộ
khởi động

Cấp 10

20

30

___________

_______

____

___

B. 7.5hp, 230V, FLC 22 A . ___________ _________

__ _______

c.

15hp, 230V, FLC 42 A . ___________ _________

____

___

D. 20hp, 575V, FLC 22 A . ___________ _________

____

__

E. 30hp, 460V, FLC 40 A.

____

___

_____ _____

_______

F. lOOhp, 575V, FLC 99 A . ___________ _________ _______ _____

16


Thí nghiệm 1.5. C Á C ĐÈN KHÔNG THEO THỨ Tự
Mục đích
B ạn h ã y nôi m ạch được nêu tr ê n H ình 1.4
1. Ba relay đ iện á p th ấ p với h ai công tắc N/O (thường mở) và hai
công tắ c N/C (thư ờng đóng).
2. Ba n ú t khởi động tạ m , m ỗi n ú t điều k h iển m ột relay đ iện áp
th â p . Các rela y n à y điều k h iể n ngõ ra đèn. Chỉ m ột đèn được cấp
nguồn k h i n h ấ n m ột nú t. K hi n h ấ n nhiều hơn m ột nút, các đèn
tương ứng sẽ sán g .

Sỡđồ bộc thang

Hình 1.4. Các đèn điều khiển relay điện áp thấp.

Câu hỏi
1. Sử dụng catalog điều k h iế n công nghiệp của n h à sả n x u ât, bạn
h ãy chọn relay có th ế dùng được đế điều k h iến các đèn tro n g th í
nghiệm trê n .

18

S à i tậfi té* 2. ồ
CÁC MẠCH CHẠY - DỪNG THEO CHU KỲ
MỤC ĐÍCH
T h iêt kê và nối các nạch nút nhấn dừng - khởi động và chạy sử dụng
bộ chọn và các công tắc nh ân - xoay.

NỘI DUNG
'

Sau khi hoàn t ấ t bài tập này bạn sẽ có khả năng:
•

T hiết k ế và nôi các m ạch dừng - khởi động chạy.

•

N ghiên ọứu và mắc các bộ nh ấn - xoay (công tắc chọn nhấn xoay).

TÀI LIỆU ĐỌC THỀM
■ Đế b iết chi tiế t về các công tắc sẽ dùng trong bài tập này, bạn hãy
xem Phụ lục B “Các bộ n h â n - xoay và các linh kiện khôi tiếp điểm ” ớ
CUÔÌ sách.

VẬT LIỆU
Nguồn điện 24V và 120V AC
(1) Bộ khởi động IEC với cuộn dây 24V AC.
(1) Bộ công tắc chọn n h ấ n - xoay ba vị trí (C-H 10250 T261-7)
(1) Khôi tiếp điểm (10250-T1)

(1) N út n h â n dừng - khởi động/chạy.

Chạy - dừng
T huật ngữ chạy - dừng được hiểu là sự khởi động và dừng dộng cơ ỉặp
lại nhiều lần theo các khoảng thời gian tương đôl ngắn. Sự chạy - dừng
được dùng để định vị v ật liệu bằng cách dịch chuyển chúng theo các
khoảng ngắn mỗi khi n h ấ n n ú t chạy - dừng. Khi nối mạch chạy dừng,
các tiếp điểm phải được cô lập (ngắt) khỏi mạch. Có nhiều phương pháp
để thực hiện điều này: (1) Công tắc chọn (2-vị trí) có th ể được dùng để

19


m ở/đóng (b ằn g tay ) m ộ t p h ầ n của m ạch. Đ iều n ày dược gọi là bộ chọn
chạy/dừng. (2) N ú t n h ấ n riê n g rẽ tạ m cấp đ iện cho ■cuộn relay. Các tiếp
điểm relay có th ể được dùng dể đóng m ạch chạy. N ú t n h ấ n chạy sẽ cấp
điện cho bộ k hở i động, k h ô n g cần các tiế p điếm . Điều n à y được gọi là
relay chạy/dừng. (3) N ú t n h ấ n chọn n h ấ n - xoay cung cấp các chức n ă n g
phôi hợp cho n ú t n h ấ n và công tắc chọn nêu trê n . Đ.iều n à y được gọi là
chạy/dừng k iểu n h ấ n - xoay. Cả ba m ạch đều được trìn h bày tro n g bài
tậ p này.

Các bọ nhấn—xoay
Bộ n h ấ n - xoay (công tắ c chọn n h ấ n - xoay) cung cấp h ai và ba chức
n ă n g điều k h iể n có th ể n h ậ n được ở nơi thường yê.u cầu m ột p h ầ n tử n ú t
n h ấ n . V àn h ngoài có th ể xoay đến hai hoặc ba vị trí -đế đóng hoặc n g ắ t
các m ạch điều k h iế n . C ác m ạch n ày có th ế đóng b ằ n g cách n h ấ n m ột n ú t
n h ấ n theo m ộ t tro n g b a vị trí.
Các bước dưới đ â y có th ể được sử dụng k h i chọn n ú t n h â n - xoay:
1. Bước th ứ n h ấ t k h i chọn n ú t là th iế t k ế m ạch điện theo các phương

p h á p b ạ n thư ờ ng dùng tro n g th iế t k ế m ạch với các sơ đồ bậc
th a n g tiê u chuẩn. M ạch n à y tương tự n ú t dừng - kh ở i động cơ
b ản (H ình 1.1). Sự k h ác b iệ t duy n h ấ t tro n g b ài tậ p n ày là các
tiế p điểm c ầ n n g ấ t khỏi m ạch ở vị tr í chạy. Khi th iế t kê' các
m ạch với công tắ c n h ấ n - xoay, b ạ n dùng b ả n g chức n ă n g đế xác
đ ịnh sự v ậ n h à n h của công tắ c sẽ r ấ t th u ậ n tiệ n . B ạn h ãy xác lập
tín h logic của m ạc h sử dụng các k h o ản g trô n g đế biểu th ị tiế p
điểm hở và ký h iệu b ằ n g chữ in, ch ẳn g h ạ n J và K (H ình 2. la).
2. Sau k h i th iế t k ế m ạch, bước k ế tiếp là k h ai triể n bân g chức n ă n g
(logic) cho m ạch đó. B ản g n à y còn được gọi là b ả n g chân trị về
các p h é p to á n logic. Để lập bảng ch ân trị, b ạn sắ p xếp các chức
n ă n g v ậ n h à n h của công tắc với ký hiệu X hoặc 1 biểu th ị vị trí
đóng (n h ấn ) công tắc (D) sử dụng o để biểu th ị vị trí n g ắ t (mở)
b ìn h thườ ng (N).
N ú t khởi động thường mở sẽ là ọ, X; ví trí mở (ngắt) là o và
đóng là X. n ú t dừng thường đóng sẽ là X, o , các k ế t hợp h a i n ú t
này sẽ là tổ hợp X,X, 0 ,0 .
B ạn cần nhớ mọi phép to án logic ở đây cần phải đồng n h ấ t với
từ ng vị trí của công tắ c chọn n h ấ n - xoay. M ột n ú t n h â n có th ể có
tối đa ba p h é p to á n logic k h ả dĩ (H ình 2.1b). D òng trê n cùng là
thường đóng hoặc thường mở (N) và n h ấ n (D) của từ ng vị .trí.

20


3. Bước k ế tiếp là so sánh bảng chân trị với chuỗi thứ tự m ạch của
n h à sản xuất để chọn sự phôi hợp tương ứng. Ví dụ, bảng trên

21

H ìn h 2.1b có th ể so s á n h với B ảng 2, C họn khôi Tiếp Đ iểm và
Cam đôi với công tắc ba vị tr í tro n g P hụ lục B. Sô”tổ hợp 11 tương
ứng dòng ng an g th ứ n h ấ t tr ê n bản g ch â n trị (OX - 0 0 - XO), s ố
tổ hợp 26 tương ứng dòng th ứ hai trê n bản g n ày (XX - 0 0 - 0 0 ) .
B ạn h ã y ghi các sô” tổ hợp vào b ản g ch ân trị. Bước k ế tiếp là tìm
m ã cam chung có th ế v ậ n h à n h h ai tổ hợp nêu trê n .
4. B ạn h ã y xem các cột b ên p h ả i (B ảng 2, Phụ lục B) của các tố hợp
b ạ n đã chọn để tìm ký hiệu công tắc. N ếu có kỷ hiệu công tắc, m ã
cam được ghi ở đều cột sẽ thực h iệ n phép logic của tổ’ hợp đó. M ã
cam b ạ n chọn p h ả i có k h ả n ă n g thực h iệ n to àn bộ các tồ hợp trê n
b ả n g ch ân trị, đôi với m ạch của b ạ n m ã sô” cam là 7. bước tiếp
theo là chọn bộ v ậ n h à n h đồng n h ấ t với m ã cam 7. Ký hiệu bộ
v ận h à n h n ày là C-N 102 50T261-7, đây là bộ v ận h à n h 3 vị trí
(xem b ản g M ã Cam và Bộ V ận H à n h , Phụ Lục B).
5. Đ ến đây
m ã cam.
theo các
(NO), tổ

b ạ n cần xác lập th ứ tự các tiế p điểm cho bộ vận h à n h và
Để chọn các tiế p điểm , b ạ n h ã y xem B ảng 2a, phụ lục B
tổ hợp đã chọn. Tổ hợp 11 cần có công tắc thường mở
hợp 26 cần dùng công tắ c thường đóng (NC).

Các ký tự A và B biểu th ị vị tr í của k h ô i tiế p điểm do h ai m ạch
chiếm chỗ tro n g quan h ệ với n ú t đ ịn h vị của bộ v ậ n h à n h . N út định vị ở
m ặ t trước của bộ v ận h à n h . Để v ậ n h à n h đúng, mọi tiế p điểm A p h ải
th ẳ n g h à n g với n ú t n à y (B ảng C ác L in h K iện Khối T iếp Điểm, Phụ Lục
B). Bộ tiế p điểm dùng cho B ài tậ p n à y là khối công tắc 10250-1, NC/NO.

B ạn h ãy lắ p ho àn c h ỉn h bộ n à y và kiểm tr a sự v ận h à n h bằng điện kế,
k iểm t r a sự h o ạ t động của các tiế p điểm . Bộ công tắc p h ả i vận h à n h theo
đúng b ả n g ch â n trị.
B ài tậ p và các th í n g h iệp sẽ m in h họa các k h á i n iệm logic và các kỹ
th u ậ t có th ể được dùng với vài bài tậ p khác tro n g cuốn sách này.

CHƯƠNG TRÌNH LOGIC
1. N ú t n h â n dừng thường đóng, khi n h ấ n n ú t n à y m ạ n h sẽ n g ắ t và
động cơ dừng lại.
2. Công tắc chọn n h ấ n - xoay ba vị trí, k h i n h ấ n vị trí bên trá i,
động cơ khởi động và tiê p tục chạy. Khi vị trí giữa là OFF, n h ấ n
n ú t n à y sẽ k h ô n g kích h o ạ t động cơ. Ớ vị trí bên p h ải, động cơ sẽ
chạy/dừng khi n h ấ n nút.
3. Công tắc thường mở được dùng để đóng/ngắt bộ khởi động của
động cơ.

22


4. Bộ khởi động điện áp toàn phần với dây 24V và các công tắc (báo
vệ) quá tải m ắc nôi tiếp với cuộn dây.

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN
1. B ạn hãy hoàn tấ t sơ đồ m ạnh theo sơ đồ bậc thang (Hình 2-1 ) của
cụm nút n h â n chạy - n g ắt - dừng.
2. Nốí m ạch chạy - ng ắt - dừng theo sơ đồ mạch (Hình 2-1).
3. Quan s á t n ú t n h ấ n thứ n h ấ t (dừng). Đây là công tắc thường đóng
(NC) mắc nối tiếp với nguồn. Khi nhấn nút này, mạch sẽ ngắt
(hở), nguồn sẽ không vào mạch.
4. Bạn hãy lắp công tắc n h ân - xoay ba - vị trí. Bạn cần có bộ vận

h à n h 3-vị trí với mã cam 7. Lắp khô'i công tắc NO/NC (thường
mở/ thường đóng) vào bộ vận hành.
5. Bộ chọn n h ấ n - xoay cần được mắc theo sơ đồ mạch. Công tác A
thường mở là phép logic AND với nút dừng. Công tắc B thường
đóng được mức nốì tiếp (AND) với công tắc bộ khởi động. Chức
n ăn g của n ú t này là đóng mạch cuộn dây (ON) ở vị trí bén trái,
n g ắ t (OFF) ở vị trí giữa, và đóng (ON) ở vị trí bên phải.
6. Kỹ th u ậ t thứ hai được dùng trong Bài tập là công tẩc của bộ khởi
động (các tiếp điểm nhớ của bộ khởi động), mắc song song với nút
n h â n khởi động. Công tắc đóng khi nhâh nút khởi động và cuộn
dây được cấp điện. Trong m ạch này, công tắc B thường đóng cua
bộ n h â n - xoay mắc nôi tiếp (AND) với công tắc của bộ khởi
động. Công tắc B sẽ n g ắt công tắc bộ khởi động ở vị trí chạy/dừng
và vị trí OFF.
7. Điều quan trọ n g là công tắc A phải th ẳn g hàng với nút trên vành
ngoài ở m ặt trước của bộ vận hành. Nếu ngược lại, thứ tự vận
h à n h của m ạch sẽ đảo ngược.
8. Các công tắc (bảo vệ) quá tải là r ấ t quan trọng trong mạch điều
khiển. Công tắc thường đóng sẽ mở (ngắt mạch) đế bảo vệ động
cơ nếu có quá tải. Các công tắc này mắc nôi tiếp với cuộn dây
(AND với nút nh ân dừng và khởi động).
9. Sau khi hoàn tấ t các bước nêu trê n , bạn hãy kiễm tra mạch, và
cho m ạch hoạt động chỉ với bộ khởi động của động cơ (chưa mắc
động cơ vào mạch); kiểm tra quá tải và mạch dừng bộ khởi động.

23


ON TẠP
Sau khi ho àn t ấ t p h ầ n này, b ạ n cần ôn lại và kiểm tra k iến thức đã

học b ằ n g cách thực h iệ n các b à i th í nghiệm .
C hú ý : Nối động cơ vào m ạch là chưa thực sự cần th iế t, nội dung
của bài tậ p là làm quen với các kỹ th u ậ t m ạch điều khiển. Để an
toàn, b ạ n n ê n dùng các bộ điều k h iển điện áp th á p (không quá
30V) m ỗi khi có th ể .

24


Thí nghiệm 2.1. CHẠY /DỪNG - NGAT - Tự ĐỘNG
Mụcđích
T hiết k ế và vẽ sơ đồ bậc thang với bảng chân trị theo các thông số sau:
Sử dụng công tắc n h ấ n - xoay ba - vị trí, nút dừng đẩy - kéo thường
đóng, công tắc đơn cực dùng cho chẽ độ tự động, bộ khởi động với cuộc
dây điện áp th âp . Sự vận h à n h công tắc ba - vị trí: Vị trí giữa, ngắt toàn
bộ m ạch; vị trí bên trá i, nh ân công tắc sẽ ỉàm cho bộ khởi động chạy/
dừng; xoay công tắc sang phải, sẽ kích hoạt mạch tự động. Bộ khởi động
sẽ vận h à n h công tắc tự động đơn cực.

Sữđồbộcthang và bảng chântrj

Câu hỏi
B ạn h ãy th iế t k ế sơ đồ bậc thang với bảng chân trị của mạch hoạt
động như sau:
•

VỊ trí bên trá i: n hấn, bộ khởi động sẽ cho phép dộng cơ chạy/
dừng #1

•

VỊ trí bên giữa: n hấn, bộ khởi động sẽ cho phép động cơ chạy/
dừng #2

•

Vị trí bên phải: n h ấn , bộ khởi động sẽ cho phép động cơ chạy/
dừng #3

25


Thí nghiệm 2.2. RE LAY CHẠY - DỪNG 1
Mục đích
Nổi m ạch relay chạy - dừng (H ình 2.2) sử dụng các th ô n g sô' sau:
1. D ùng relay với h a i công tắ c thường mở cùng với công tắc bộ khởi
động tro n g m ạch chạy.
2. D ùng n ú t n h ấ n k hở i động tiêu chuẩn thường mở để chạy. N h ấ n
n ú t n à y sẽ cấp đ iện cho relay và bộ khởi động.
3. N ú t n h ấ n tiêu ch u ẩn thườ ng mở th ứ hai dùng cho c h ế độ chạy dừng. N h ấ n n ú t n à y động cơ chỉ ho ạt động theo kiểu chạy - dừng,
relay k h ô n g được cấp nguồn.

Sỡđồ bộc thang

Hình 2.2. Relay chạy - dừng sử dụng nút nhấn tiêu chuẩn

26


Câu hỏi

T hiết k ế m ạch dừng, sử dụng công tắc nhấn - xoay hai - vị trí (dừng/
dừng an toàn), xác định bảng chân trị và chí số catalog của công tắc này
(xem Phụ lục B) vị trí bên trá i, vành xoay hoạt động như nút nhân dừng
bình thường; vị trí bên phải sẽ ngắt mạch (không vận hành).

Thí nghiệm 2.3. RELAY CHẠY - DỪNG 2
Mụcđích
Bạn hãy chỉ chỉnh sửa Thí nghiệm 2.2 theo cách thức dưới đây:
1. N h ấn n út chạy- dừng sẽ kích ho ạt bộ khởi động chạy - dừng. Sự
vận h á n h này có cùng chuỗi thứ tự như trong Thí nghiệm 2.2
2. N hấn n ú t chạy sẽ không khởi động bộ khởi động chạy. Để chạv
động cơ, cần nhân cả nút chạy và nút chạy - dừng (Gợi ý: chi cần
thay đổi m ột nối kết trên m ạch relay chạy - dừng trong Thí
nghiệm 2.2).

Sđđồbộc thang

Câu hỏi
T h iế t k ế m ạch và bảng chân trị sử dụng công tắc nhấn - xoay hai vị trí để điều khiển bộ khới động (chạy - chạy/dừng). Mạch vận hành
như sau:
1. Xoay sang vị trí bên trá i và n h ấn sẽ chạy bộ khởi động
2. Xoay sang vị trí bên phải và n h ấ n sẽ chạy/dừng bộ khởi động
3. Động cơ phải dừng dế chuyên sang chế độ chạy/dừng.
4. Vẽ sơ đồ bậc thang và lập bảng chân trị.

27


Thí nghiệm 2.4.

RELAY CHẠY - DỪNG 3

Mục đích
T h iế t k ế và vẽ sơ đồ bậc th a n g của m ạch sử dụng công tắc n h ấ n xoay ba —vị tr í để điều k h iể n h a i bộ khởi động n h ư sau:
1. Vị tr í bên tr á i và n h ấ n sẽ chạy/dừng bộ khởi động #1
2. Vị tr í bên giữa và n h ấ n sẽ chạy/dừng bộ khởi động #2
3. VỊ tr í bên p h ả i và n h ấ n sẽ chạy đều cả h ai bộ khởi động #1 và #2.
các động cơ p h ả i dừng để chuyến sang ch ế độ chạy/ dừng. Lập
b ả n ch â n trị.

Sớđồ bậc thang

Câu hỏi
T h iê t k ế sơ đồ bậc th a n g và lập bản g chân trị cho m ạch sử dụng công
tắ c chọn b a - vị trí. (Đ ây k h ô n g p h ả i là công tắ c chọn n h ấ n - xoay). B ạn
h ã y dùng catalog điều k h iể n công nghiệp của n h à s ả n x u ấ t (Phụ lục B)
đề chọn công tắc chọn ba - vị trí. B ạn hãy chọn núm tiê u chuẩn với lò xo
tr ả về từ tr á i và p h ải, v ậ n h à n h theo th ứ tự n h ư sau:
T rá i = chạy, solenoid #1; giữa = Off; ph ải = chạy, solenoid # 3. Chỉ
m ột solenoid h o ạ t động vào thời điểm b ấ t kỳ'.

28