Chuong 5-Thiet ke mach LOGIC.pdf

T ng hoỏ thit b in

Chơng 5: thiết kế mạch điều
khiển không tiếp điểm
Một số sơ đồ điều khiển có nhớ
Thiết kế mạch tạo trễ bằng phần tử số
Chuyển đổi từ sơ đồ dùng tiếp điểm sang
dùng phần tử không tiếp điểm.
Sử dụng bảng chân li v bảng Cacnô để
thiết kế mạch lôgic.
Chuyển đổi từ sơ đồ thuật toán sang sử
dụng các phần tử lôgic.

một số sơ đồ điều khiển
có nhớ
Mạch tạo nhớ cơ bản.
Mạch chốt R-S.
Mạch chốt R-S ba đầu vo.
Mạch chốt D.

GV: Nguyn V Thanh

1


T ng hoỏ thit b in

Mạch tạo nhớ cơ bản
D

M

K

K

Phơng trình đầu ra lôgic của cuộn hút K
nh sau:
K = (M + K)*D
M

K

D

Rút gọn sơ đồ trên ta đợc
M
K
D

GV: Nguyn Vũ Thanh

2


Tự động hố thiết bị điện

M¹ch chèt RS
M¹ch chèt RS l mạch lật 2 trạng thái ổn
định. Khi hai tín hiệu S v R đều ở mức
lôgic thấp, đầu ra sẽ đợc chốt lại (có nhớ)

ứng dụng mạch chốt RS cho dõng vμ khëi
®éng cn hót K.
M

D

K

K

M

K

S

Q

R

Q

D

GV: Nguyễn Vũ Thanh

3

T ng hoỏ thit b in

Mạch chốt RS ba đầu vo
Mạch chốt RS ba đầu vo, sử dụng đầu vo
cho phép nh một điều kiện cần đối với các
tín hiệu đầu vo.

ứng dụng mạch chốt ba đầu vo RS
M

D

K
E

K

M
S
E

GV: Nguyn Vũ Thanh

E

D

R

K

Q

Q

4


Tự động hố thiết bị điện

M¹ch chèt D
M¹ch chèt D cải tiến mạch chốt RS.
Không xảy ra trờng hợp cấm nh đối với mạch chốt RS
Có thêm đầu vào E (cho phép) để chốt trạng thái

thiết kế mạch tạo trễ bằng
phần tử số
Lí thuyết cơ bản l dựa vo mạch chia tần
để tạo trễ, với thời gian bất kì.
Ví dụ với tần số xung nhịp là 100Hz, nếu chia đôi ta
đợc 50 Hz (ứng với chu kì 0.02s), chia đôi tiếp ta đợc
25Hz (ứng với 0.04s), chia đôi tiếp ta đợc 12.5 Hz (ứng
với 0.08s)...

GV: Nguyn V Thanh

5


T ng hoỏ thit b in

Ví dụ: mạch đếm nhị phân 4 bít, sử dụng
bộ chốt JK. Với giản đồ xung nh− sau

ThiÕt kÕ m¹ch t¹o trƠ (dïng IC 4017)

GV: Nguyễn Vũ Thanh

6


Tự động hố thiết bị điện

T¹o thêi gian trƠ
– B»ng cách thay đổi độ rộng xung nhịp ta sẽ có các thời
gian trễ khác nhau.
Lựa chọn các đầu ra Q phù hợp, ta cũng có các thời
gian trễ khác nhau.

M¹ch t¹o trƠ hoμn chØnh
IC4017
14
13
15

CLK
ENA

Qx

S

R

RST

Rtg

GV: Nguyễn Vũ Thanh

7


T ng hoỏ thit b in

Chuyển sơ đồ điều khiển có tiếp
điểm sang không tiếp điểm
Nguyên tắc:
Xây dựng các phơng trình hàm lôgic cho các cuộn hút
đầu ra.
Từ phơng trình hàm tiến hành áp dụng các hàm lôgic
cơ bản để xây dựng mạch điều khiển không tiếp điểm.
Tiến hành tối giản hàm lôgic nếu cần.

Chuyển đổi các tiếp điểm thời gian sau
sang dùng phần tử lôgic

Ví dụ 1:

R
A
R

R
B

R
C

R

1

Rtg

1

LĐ
R

1

Rtg

R
2

Để chuyển đổi tiến hành xây dựng phơng trình hàm
cho R1, Rtg, R2
R1 = RA.RB.RC
Rtg = R1 + LĐ
R2 = Rtg.R1

GV: Nguyễn Vũ Thanh

8


T ng hoỏ thit b in

Dựa vo phơng trình hm ta có sơ đồ
mạch điều khiển sau:
R
R
C

1

R
2
Rtg

R
B
R
A
LĐ

Ví dụ 2: Chuyển đổi sơ đồ mạch điều khiển
sau:
D

M

K

K = (M+K)*D

K
Rtg

K

K1 = Rtg*K

GV: Nguyễn Vũ Thanh

Rtg

K1

Rtg

K

Rtg = K

K2

K2 = Rtg*K

9

T ng hoỏ thit b in

Từ phơng trình hm ta xây dựng đợc sơ
đồ điều khiển sau:
M
K

K1

Rtg

D

K2

Thiết kế mạch bằng bảng chân lí
v tối u nhờ bảng cácnô
Đây l phơng pháp dựa vo sự mô tả công nghệ
nhờ bảng chân li, sau đó thiết kế mạch nhờ tối u
bằng bảng CácNô
Xét ví dụ: Thiết kế mạch xử lí chất thải bệnh viện
bằng phơng pháp đốt.

Cấp liệu

nhiên liệu

GV: Nguyn V Thanh

10


Tự động hố thiết bị điện

Trong hƯ thèng nμy ta cần thiết kế mạch
điều khiển sao cho có thể giám sát sự tồn
tại của ngọn lửa v chỉ cho phép chất thải
vo buồng đốt khi lửa đang cháy.
Cấp liệu

nhiên liệu

Sau khi bố trí ba
cảm biến nhiệt,
ta có đợc ba
biến đầu vo v
tạo ra 8 khả
năng tín hiệu.
Trong đó khả
năng cuối cïng
sÏ ®đ ®iỊu kiƯn
®Ĩ më van cÊp
liƯu.

GV: Nguyễn Vũ Thanh

11

T ng hoỏ thit b in

Dựa vo bảng chân lí, ta nhËn thÊy cã thĨ
sư dơng hμm AND ®Ĩ thiÕt kÕ.
CÊp liƯu

nhiªn liƯu

Víi hƯ thèng võa
thiÕt kÕ ta cã thĨ
sư dơng hai trong
sè ba tÝn hiƯu ®Ĩ
®iỊu khiĨn van
cÊp liƯu, m vẫn
đảm bảo đợc
yêu cầu.
Ta có bảng chân
lí sau.

GV: Nguyn Vũ Thanh

12


T ng hoỏ thit b in

Từ bảng chân lí ta có phơng trình hm nh sau, viết
dới dạng minterm.

Output = ABC + ABC + ABC + ABC
Từ phơng trình ta xây dựng đợc mạch lôgic sau:

Tuy nhiên ta có thể tiến hnh tối u nhờ
bảng Cácnô.
BC (00)

BC (01)

A(0)

A(1)

GV: Nguyn V Thanh

BC (11)

BC (10)

1
1

1

1

13


T ng hoỏ thit b in

sử dụng sơ đồ thuật toán để thiết
kế mạch điều khiển lôgic
Những khái niệm cơ bản về cấu trúc
SFC (grafcet)
Hoạt động theo một tuần tự hoặc nhiều
tuần tự.
Trong mỗi tuần tự có nhiều bớc, mỗi một
bớc thể hiện một trạng thái của hệ.
Giữa các bớc là các điều kiện.

các phần tử cơ bản
Bớc:
Thể hiện những hoạt động của hệ tại trạng
thái đó
Bớc đợc đánh theo số thứ tự
1

0

Bớc ban đầu

Hnh động:
Thể hiện hành động gắn liền với từng bớc
Hành động đợc kí hiệu bằng chữ cái A kèm
với chỉ số (thờng trùng víi chØ sè b−íc)
1

GV: Nguyễn Vũ Thanh

A1

14


T ng hoỏ thit b in

Các điều kiện:
Là một tổ hợp các yêu cầu lôgíc, khi thoả mÃn
đầy đủ các yêu cầu này, hệ thống có thể
chuyển đổi từ bớc này sang bớc khác
Các điều kiện đợc kí hiệu bằng chữ cái T
kèm với chỉ số.
Đợc thể hiện bằng nét gạch ngang trên sơ
đồ
T1
1

A1
T2

Điều kiện luôn đúng
=1

Các liên hệ có hớng:
Đợc thể hiện bằng đờng mũi tên trên sơ đồ,
cho biết mối liên hệ qua lại giữa trạng thái và
điều kiện, ngoài ra chúng cũng cho biết đợc
chiều hớng vận ®éng cđa hƯ thèng m¹ng

T3
T1

T1
1

1

T2

T2
2

2

T3

T3
S1

GV: Nguyễn Vũ Thanh

15


Tự động hố thiết bị điện

Chó ý:
NÕu kh«ng chØ ra các liên hệ có hớng thì hệ
thống vận hành từ trên xuống dới

Với một hệ thống tại một thời điểm nào đó sẽ
có một hoặc nhiều bớc tích cực và các bớc
khác là không tính cực.
Để thể hiện sự tích cực của bớc ngời ta
dùng dấu chấm đặt bên trong bớc đó.

T1
1
T2
2
T3

Các quy tắc vận động của SFC
Chuyển bớc
Hệ thống chuyển từ bớc này sang bớc khác
phải thoả mÃn đồng thêi 2 u tè
– B−íc tr−íc ®ã ®ang tÝch cùc
– Điều kiện phải tích cực

Khi xảy ra chuyển bớc thì bớc mới đợc xác
lập và bớc cũ bị xoá bỏ.

GV: Nguyễn Vũ Thanh

16


T ng hoỏ thit b in

Khảo sát ví dụ sau:

a

b

c

1
S1
1

1

1

0

T1

T1

2

2
T2

T1

1
0

T2

S2

1
0

T2

T1

1
0

2
T2

Bớc 1 tích cực (hành động đợc thực thi).
Khi xảy ra ®iỊu kiƯn T1 (ON). B−íc 2 chun
sang tÝch cùc. B−íc 2 còn tích cực cho đến
khi xảy ra điều kiện T2. Điều kiện có thể dới
dạng xung.

Điều kiện:

T1

1
0

S2

1
0

T2

1
0

Điều kiện dạng xung
Tr−íc khi b−íc
2 tÝch cùc

b−íc 2
tÝch cùc

T1

Sau khi b−íc 2
tÝch cực

T1

2

T1

2

2

1
0
1
B
0

A

T2

T2

T2

Điều kiện dạng sờn xung

T1



T2

2

C and D T2

A and B
2

2

A and B T1
C and D T2

↑

↑A and B T1

T1

C and D

1
0

S2

1
0

1
0
1
D
0

C

T2

GV: Nguyễn Vũ Thanh

1
0

17


T ng hoỏ thit b in

Điều kiện thời gian
T1

1
0

S2

1
0

T2

1
0

T1
2
T2

T/S2/100s

100 giây

Điều kiện thời gian kết hợp
T1

1
0

S2

1
0

T1
2
T2

T/S2/100s and ấn nút

1
0

100 giây

1
ấn nút 0
T2

1
0

Các kiểu tác động đi kèm các bớc:
Tác động lôgíc:
Kiểu tác động này gắn với các biến lôgíc, giá
trị của biến tồn tại hoặc thay đổi ngay khi
bớc trở nên tích cực.
1
T1
0
1

S2

T1

(Tác động lôgíc)

T2

Động cơ 1
/Động cơ 2
Van điện từ 3 (S)
Van điện từ 4 (R)

0

1
Động cơ 1
0
Động cơ 2

1
0

Van ®iÖn tõ 3

1
0

Van ®iÖn tõ 4

2

1
0
1

T2

GV: Nguyễn Vũ Thanh

0

18

T ng hoỏ thit b in

Khảo sát ví dụ:
Start
Đèn 1
Đèn 1
Reset
Đèn 2
Đèn 2
1 giây

1 giây

Đèn Enable

GV: Nguyn V Thanh

19


Tự động hố thiết bị điện

CÊu tróc hƯ SFC (Grafcet) rẽ nhánh
Cấu trúc phân kỳ OR v hội tụ OR:
Phân kì OR
Điều kiện nào đến trớc (1
hoặc 2) thì tuần tự đó đợc
thực hiện

Hội tụ OR
Thực hiện hội tụ tuần tự đang
đợc thực hiện

Cấu trúc phân kỳ AND hoặc hội tụ AND:

Phân kì and
Điều kiện T1 đến thì cả hai
bớc S40 và S50 cùng tích
cực

Hội tụ and
Điều kiện T2 đến thì hệ hội tụ
từ S41 và S51 về S10

GV: Nguyễn Vũ Thanh

20


Tự động hố thiết bị điện

vÝ dơ ¸p dơng
Bμi to¸n điều khiển khoan cần
Phần nâng/hạ
Hạ khoan
ĐC khoan
Nâng khoan
Giới hạn nâng

ĐC làm mát

Giới hạn hạ
Phần kẹp

Nút nhấn
Công tắc cho phần làm mát.

Bố trí thiết bị truyền động v cảm biến:
Truyền động
Khoan dùng ĐC KĐB (Chạy khoan)
Nâng hạ khoan dùng ĐC KĐB
Bơm nớc dùng ĐC KĐB
cảm biến
Nút ấn khởi động (M) (NO)
Nút ấn dừng (D) (NC)
Giới hạn nâng (GHN)
Giới hạn hạ (GHH)
Công tắc chạy động cơ bơm

GV: Nguyn V Thanh

21


T ng hoỏ thit b in

Phân tích bài toán:
Giai đoạn đầu:
Động cơ khoan và động cơ làm mát nghỉ

Phần nâng/hạ khoan ở vị trí trên cùng
Không có vật liệu trong phần kẹp

Trình tự khoan:
Đa đối tợng vào phần kẹp (bằng tay)
Bật công tắc cho phần làm mát (Nếu cần)
ấn nút start để chạy ĐC khoan.
Vật liệu đợc kẹp với một áp lực đặt trớc

Hạ khoan tới vị trí thấp (Khoan)
Chờ 0,5s ở vị trí thấp (Khoan)
Nâng khoan tới vị trí cao (Dừng khoan, dừng
bơm nớc)
Tháo vật liệu (bằng tay)

Lựa chọn các giai đoạn của hệ thống
Chia nhỏ hệ thống thành các bớc, xác
định cụ thể thứ tự các bớc.
Với mỗi bớc ta xác định hành động cụ thể
gắn với mỗi bớc.
Xác định các điều kiện chun tiÕp c¸c
b−íc liỊn kỊ nhau

GV: Nguyễn Vũ Thanh

22


T ng hoỏ thit b in

Xây dựng hệ SFC
=1

Sẵn sng khoan (bớc đầu)

0

M.Kẹp vật
5

Chạy khoan
Hạ khoan

1

GHH
Công tắc

2

/Hạ khoan

t/S2/0.5s
Chạy bơm

6

Nâng khoan

3

GHN
4
/D
7
=1

/Chạy khoan
/Chạy bơm

S0

Thiết kế mạch điều khiển
M

Từ bớc 0
đến bớc 1
và 5

S

Chạy khoan

Kẹp vật
R
Hạ khoan
S
R
Chạy bơm

Công tắc

M

Từ bớc 5
xuống bớc 6

S

Chạy khoan

KĐp vËt
R
H¹ khoan
S
R

GV: Nguyễn Vũ Thanh

23


T ng hoỏ thit b in

Chạy bơm

Công tắc
M

Chạy khoan

S

Từ bớc 1
xuống bớc 2

Kẹp vật
R
Hạ khoan
S
GHH
R
Chạy bơm

Công tắc
M
S

Chạy khoan

Kẹp vật

Từ bớc 2
xuống bớc 3

R
Hạ khoan
S
GHH
R

Rtg

Nâng khoan
S
R

Từ bớc 3 xuống bớc 4
Chạy bơm

Công tắc
M
S

Chạy khoan

Kẹp vật
R
Hạ khoan
S
GHH
R

Rtg

S

Nâng khoan

GHN
R

GV: Nguyn V Thanh

24


Tự động hố thiết bị điện

Tõ b−íc 6 vµ 4 xuống bớc 7
Chạy bơm

Công tắc
M
S

Chạy khoan

Kẹp vật
R
D
Hạ khoan
S
GHH
R

Rtg

Nâng khoan
S

GHN

R

GV: Nguyn Vũ Thanh

25